materiales

Apuntes de Ingeniería de Materiales –ESIME Ticomán –IPN
Autores: Ing. Antonio Mosqueda Sánchez, Ing. Alfonso Espinosa Picazo

UNIDAD 1

MICROESTRUCTURA Y PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS MATERIALES

1.1 PROPIEDADES DE LOS CRISTALES
Un cristal es un sólido compuesto de átomos, iones o moléculas arreglado en un patrón que se repite en tres dimensiones. Los materiales
que no tienen estascaracterísticas no pueden ser llamados cristales, y como ejemplo tenemos los gases, los líquidos y los sólidos amorfos.
Para entender las propiedades de los materiales cristalinos, es decir de aquellos que tienen un ordenamiento que se repite en las tres
dimensiones, es necesario estudiar a sus componentes que son los átomos.
Los átomos están formados por tres partículas subatómicas clásicas:protones, neutrones y electrones. Los electrones se han representado
formando parte de una nube electrónica poco dispersa y de densidad variable alrededor de un núcleo atómico más denso que contiene la
mayor parte de la masa del átomo. Los electrones externos son los electrones de valencia y es precisamente su comportamiento el que
determina la reactividad química de cada átomo.

Fig. 1.1Representación del átomo de hidrógeno de acuerdo a
Niels Bohr .

Fig. 1.2 Arreglos atómicos en los materiales, a) en los gases no hay arreglo, b) las
moléculas de agua tienen arreglo de muy corto alcance, c) el vidrio tiene arreglo de corto
alcance, d) en los metales los átomos tienen un ordenamiento de largo alcance

Existen dos tipos principales de enlaces atómicos: 1) enlaces primarios fuertesy 2) enlaces secundarios débiles. Los enlaces primarios
se subdividen en: 1) iónicos; 2) covalentes y 3) metálicos; y los secundarios pueden ser divididos en: 1) dipolos instantáneos y 2) dipolos
permanentes.
Los enlaces iónicos se caracterizan por la transferencia de uno o más electrones de un átomo electropositivo a otro electronegativo. Los
iones se mantienen unidos formando un sólidocristalino, mediante fuerzas electrostáticas, no direccionales. El tamaño de los iones y la
neutralidad eléctrica son dos factores importantes que determinan la disposición del empaquetamiento iónico. Los cristales con enlace
iónico tienen las propiedades siguientes: son duros y quebradizos, tienen puntos de fusión muy altos, son pobres conductores del calor y de
la electricidad, algunos ejemplosson el cloruro de sodio (NaCl), la alúmina (Al2O3) y la zirconia (ZrO2).
Los enlaces covalentes están caracterizados por la compartición de pares de electrones en orbitales semillenos. Cuanto más se solapan los
orbitales enlazantes, más fuerte es el enlace. Los enlaces covalentes son direccionales. Los cristales con enlace covalente tienen las
propiedades siguientes: son muy duros, con puntosde fusión muy altos, son pobres conductores del calor y la electricidad, algunos
ejemplos son el diamante (C) y el cuarzo (SiO2).
Los enlaces metálicos están formados por átomos metálicos, con una compartición mutua de electrones de valencia en forma de nubes de
carga electrónica deslocalizada. En general, cuanto menor es el número de electrones de valencia, más deslocalizados están y másmetálico es el enlace. El enlace metálico sólo se presenta entre un agregado de átomos y es no direccional. Los cristales con enlace
metálico son desde blandos hasta muy duros, con puntos de fusión desde bajos hasta muy altos, excelentes conductores del calor y la
electricidad, son dúctiles y maleables, todos los elementos metálicos son cristales (Fe, Al, Ti, etc.).
Los cristales con enlaceiónico-covalente tienen una combinación de propiedades de los cristales iónicos y los cristales covalentes e incluso
tienen mejores propiedades, la mayoría de los materiales cerámicos son de éste tipo, por ejemplo: el titanato de bario (BaTiO3).
Los enlaces secundarios se forman por la atracción electrostática de los dipolos eléctricos dentro de los átomos o moléculas. En los enlaces
con dipolos...