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Materiales de Ingeniería Química

Prof. Ronald Márquez

Capítulo 2 Organización Atómica 1.2. Celdas Unitarias – Parámetros Reticulares 1.2.1. Celdas Unitarias
La estructura atómica influye en la forma en que los átomos se unen entre sí; esto además nos ayuda a comprender la clasificación de los materiales como metales, semiconductores, cerámicos y polímeros y nos permite llegar a ciertasconclusiones generales referentes a propiedades mecánicas y comportamiento físico de estas cuatro clases de materiales. La estructura electrónica del átomo, que queda descrita por cuatro números cuánticos ayuda a determinar la naturaleza de los enlaces atómicos y las propiedades físicas y mecánicas de los materiales. a) Enlace metálico: encontrado en los metales, los electrones de valencia se muevencon facilidad, en consecuencia, los metales son dúctiles y tienen alta conductividad eléctrica y térmica. b) El enlace covalente se encuentra en muchos materiales cerámicos, semiconductores y polímeros. Requiere que los átomos compartan electrones de valencia, los enlaces son fuertes y altamente direccionales, haciendo que estos materiales sean frágiles y tengan baja conductividad eléctrica ytérmica. c) El enlace iónico encontrado en muchos cerámicos se produce cuando un átomo muy electropositivo dona un electrón a otro muy electronegativo generando un anión y un catión que se unen electrostáticamente. Al igual que los materiales enlazados covalentemente, estos tienden a ser frágiles y malos conductores. d) Fuerzas de Van der Waals unen principalmente a moléculas que tienen unadistribución desigual de cargas o están polarizadas. Son de naturaleza electrostática y se encuentran en polímeros termoplásticos. La energía de unión está relacionada con la fuerza de los enlaces y es alta en materiales unidos en forma iónica o covalente. Los materiales con energía de unión alta normalmente tienen: • • • Alta temperatura de fusión Alto módulo de elasticidad Bajo coeficiente de expansióntérmica.

Estructura Cristalina El arreglo de los átomos juega un papel importante en la microestructura, comportamiento y propiedades de un material sólido.

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En los metales, algunas disposiciones atómicas permiten una excepcional ductilidad, mientras que otras una gran resistencia. Algunas propiedades físicas de las cerámicasdependen de el arreglo atómico. Los transductores usados para producir una señal eléctrica en un estéreo deben a su estructura cristalina la capacidad de producir caídas de carga permanente en el material. Los diferentes comportamientos exhibidos por los polímeros como: gomas, plásticos y resinas epóxicas dependen de las diferencias en los arreglos atómicos. En este capítulo se describirán los arreglosatómicos típicos que se encuentran en los materiales sólidos perfectos, así como también la nomenclatura para designar dichos arreglos. Una vez conocidos estos aspectos, se estará preparado para entender como las imperfecciones que existen en los sólidos juegan un papel importante en la comprensión de la deformación y cambios que sufren muchos materiales. Si en un material sólido se desprecianlas imperfecciones (suponiéndolo perfecto), pueden encontrarse tres formas de arreglo atómico: Sin ordenamiento: como por ejemplo en los gases nobles en donde los átomos se ubican al azar llenando completamente el espacio donde se encuentran confinados. Ordenamiento corto: es característico de los materiales que presentan arreglos atómicos que se extienden desde un átomo en cuestión hasta su vecinomás cercano. Por ejemplo en el vapor de agua el átomo de oxígeno está enlazado covalentemente a dos átomos de hidrógeno y fuera del sistema que compone una molécula de agua no existe un arreglo específico. Este tipo de arreglo es característico de polímeros y vidrios. En el polietileno es una cadena carbonada donde cada átomo de carbono está unido a dos de hidrógeno. Un caso similar es el...
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