Materiales

UNIVERSIDAD DEL BÍO BÍO
FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE MECANICA

Tema Capítulo I Profesor

: Naturaleza de los Materiales : Mikell P. Groover. : Federico Grossmann.

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INTRODUCCIÓN

El conocimiento de los materiales es fundamental en el estudio de los procesos de manufactura. En el capítulo 1 se definió la manufactura como un proceso de transformacióndonde se modifica al material. El éxito de una operación está determinado por el comportamiento del material cuando se le sujeta a fuerzas, temperaturas y otros parámetros físicos particulares. Algunos materiales responden bien a ciertos tipos de procesos de manufactura y pobremente, o no tan bien, a otros. ¿Cuáles son las propiedades y características de los materiales que determinan su capacidadpara ser transformados mediante diferentes procesos?

En este capítulo estudiamos la estructura atómica de la materia y los enlaces entre átomos y moléculas. También describimos la manera como se organizan los átomos y las moléculas de los materiales de ingeniería en dos formas estructurales: cristalinas y no cristalinas. Los materiales básicos de ingeniería —metales, cerámicos y polímeros— puedenexistir en cualquiera de las dos formas, aunque generalmente, cada material exhibe preferencia por una forma particular. Los metales, por ejemplo, casi siempre son cristalinos en su estado sólido. Otros materiales, como el vidrio utilizado en las ventanas o algún cerámico, adoptan formas no cristalinas.

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2.1 LA ESTRUCTURA ATÓMICA Y LOS ELEMENTOS La unidad estructuralbásica de la materia es el átomo. Cada átomo está compuesto de un núcleo cargado positivamente rodeado de un número suficiente de electrones cargados negativamente, de manera que sus cargas se equilibren. El número de electrones indica el número atómico y el elemento de que se trata. Existen poco más de 100 elementos (sin contar algunos extras que han sido sintetizados artificialmente), y éstosson los constituyentes químicos de toda la materia. Así como hay diferencias entre los elementos, también existen similitudes. Los elementos pueden agruparse en familias y establecer relaciones entre y dentro de dichas familias, por medio de la tabla periódica que se muestra en la figura 2.1. Existen ciertas repeticiones o periodicidades en dirección horizontal del arreglo de los elementos. Loselementos metálicos ocupan la porción izquierda y central, los no metálicos se sitúan hacia la derecha. Entre los dos grupos existe una zona de transición, una banda diagonal donde se encuentran los elementos llamados metaloides o semimetales. En principio, cada elemento puede existir como sólido, líquido o gas, dependiendo de la temperatura y la presión. Cada uno tiene su fase natural a latemperatura ambiente y a la presión atmosférica; por ejemplo, el hierro (Fe) es un sólido, el mercurio (Hg) es un liquido y el nitrógeno (N) es un gas. En la tabla, los elementos se arreglan en columnas y renglones de manera que las similitudes se den entre los elementos de una misma columna. Por ejemplo, en la columna de la extrema derecha están los gases nobles (helio, neón, argón, kriptón, xenón yradón), todos ellos exhiben una gran estabilidad química y baja reactividad; en la columna VII A, los halógenos (flúor, cloro, bromo, yodo y astato) comparten propiedades similares (el hidrógeno no se incluye dentro de los halógenos); en la columna IB se encuentran los metales nobles (cobre, plata y oro), los cuales poseen también propiedades similares. Generalmente existe correlación de propiedadesentre elementos de una misma columna, mientras que existen diferencias entre los elementos colocados en columnas diferentes. Muchas de las similitudes y diferencias entre los elementos pueden explicarse por

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sus respectivas estructuras atómicas. El modelo más simple de estructura atómica, llamado modelo planetario, le imagina a los electrones del átomo circulando en...