materiales de la ingenieria

MATERIALES EN INGENIERIA UNIDAD 2: ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES
2.1 Estructura interna y su consecuencia en las propiedades
La estructura de un material puede ser examinada en cuatro niveles: estructura atómica, arreglo de los átomos, microestructura y macroestructura.
La estructura atómica influye en la forma que los átomos se unen entre sí; esta comprensión a su vez nos ayuda aclasificar los materiales como metales, semiconductores, cerámicos y polímeros, y nos permite llegar a ciertas conclusiones generales en relación con las propiedades mecánicas y el comportamiento físico de estas cuatro clases de materiales.
Un átomo está compuesto de un núcleo rodeado por electrones. El núcleo contiene neutrones y, protones de carga positiva y tiene una carga positiva neta. Loselectrones, de carga negativa, están sujetos al núcleo por atracción electrostática. La carga eléctrica q que llevan cada electrón y cada protón es de 1.60 x 10-19 C. Dado que el número de electrones y protones en el átomo es el mismo, en su conjunto el átomo es eléctricamente neutro.
El número atómico de un elemento es igual al número de electrones o protones en cada átomo. Por tanto, un átomo de hierro,que contiene 26 electrones y 26 protones, tiene un número atómico de 26
La mayor parte de la masa del átomo se encuentra en el núcleo. La masa de cada protón y cada neutrón es de 1.67 x 10-24 g, pero la de cada electrón es de únicamente 9.11 x 10-28 g. La masa atómica M, que corresponde al número promedio de protones y neutrones en el átomo es la masa de una cantidad de átomos igual al númerode Avogadro, NA1NA = 6.023 x 1023 mol-1 es el número de átomos o moléculas en un mol de molécula gramo. Por tanto, la masa atómica (peso atómico) tiene unidades de g/mol. Una unidad alterna para la masa atómica es la unidad de masa atómica, es decir uma, que es 1/12 de la masa del carbono 12. Como ejemplo, un mol de hierro contiene 6.02 x 1023 átomos y tiene una masa de 55.847 g, es decir 55.847uma.
Por otro lado, es necesario hablar rápidamente de los tipos de enlaces químicos que se dan en los diferentes tipos de materiales:
El Enlace Metálico: Los elementos metálicos, que tienen una electronegatividad baja, ceden sus electrones de valencia para formar un “mar” de electrones que rodea a los átomos
El aluminio, por ejemplo, cede sus tres electrones de valencia, dejando un cuerpocentral formado por el núcleo y los electrones internos. En vista que en este cuerpo central faltan 3 electrones cargados negativamente, éste tiene una carga positiva igual a tres. Los electrones de valencia se mueven libremente dentro del mar de electrones y se asocian con varios centros atómicos. Los centros atómicos cargados positivamente se mantienen unidos mediante la atracción mutua con loselectrones, produciendo así un fuerte enlace metálico.
Dado que sus electrones no están fijos a ninguna posición en particular, los metales son buenos conductores eléctricos. Bajo la influencia de un voltaje aplicado, los electrones de valencia se mueven haciendo que fluya una corriente si el circuito está completo
El Enlace Covalente: los materiales con enlace covalente comparten electrones entredos o más átomos. Por ejemplo, un átomo de Si que tiene una valencia de 4, obtiene 8 electrones en su capa externa de energía al compartir sus electrones con otros 4 átomos de Si que lo rodean
Cada punto de contacto representa un enlace covalente; por lo que cada átomo de Si está enlazado a 4 átomos vecinos mediante 4 enlaces covalentes.
La conductividad eléctrica es mala; la carga eléctrica setransfiere mediante el movimiento de iones completos, los que, por su tamaño, no se desplazan fácilmente como los electrones.
Cuando a un material iónico se le aplica voltaje, deben moverse iones completos para que fluya una corriente. El movimiento iónico es lento y la conductividad eléctrica es pobre.
Enlaces de Van der Waals: este tipo de enlaces unen moléculas o grupos de átomos mediante...