unidad 1 de ingenieria de materiales

Unidad I

Estructura, Arreglo y Movimientos de los Átomos

UNIDAD I
ESTRUCTURA, ARREGLO Y MOVIMIENTO DE LOS ÁTOMOS
1.1 Estructura y arreglo cristalino y no cristalino
1.1.1 Principios fundamentales de la estructura cristalina
El átomo esta constituido por tres partículas elementales
a) Electrones: partículas pequeñísimas de electricidad positiva
b) Protones: partículas de electricidadpositiva
c) Neutrones: partículas eléctricamente neutras
El átomo consta de un diminuto núcleo de carga positiva, en donde se considera que esta
concentrada casi toda la masa del átomo, ya que contiene los protones y los neutrones, rodeado
por un numero suficiente de electrones que mantienen al átomo como un todo eléctricamente
neutro. Como el electrón y el protón tienen cargas iguales peroeléctricamente opuestas, el átomo
neutro debe tener el mismo número de electrones y protones.
Los electrones giran en órbitas circulares y elípticas alrededor del núcleo, simulando un sistema
solar en miniatura.
Así, podemos definir el número atómico, como el número de protones, o como el átomo es
eléctricamente neutro, también es igual al número de electrones.
1.1.2 Enlaces en sólidos
Siexaminamos el área completa de materiales de ingeniería, encontramos tres grupos principales:
 Metales: acero, cobre, aluminio, etc.
 Cerámicos: vidrio, ladrillo, cemento. etc.
 Plásticos o polímeros: polietileno, teflón, caucho, etc.
La diferencia en las características de cada grupo tienen su origen en diferencias básicas que hay
en el enlace entre átomos y grupos de átomos, por ejemplo, enlos metales el enlace metálico
conduce a buena conductividad térmica y eléctrica y a una buena ductilidad; en los cerámicos, los
enlaces iónicos y covalentes conllevan generalmente a una gran dureza, fragilidad y alta
resistencia eléctrica; en los plásticos las fuerzas covalentes e intermolecu lares de Van der Waals,
conducen a la variedad de propiedades que se encuent ran en las resinastermoplásticas y
termoestables.
Examinemos ahora en forma simplificada estos diferentes tipos de enlaces y observemos como
conducen a la diferencia en sus propiedades.

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Estructura, Arreglo y Movimientos de los Átomos

1.1.2.1 Enlace Metálico
Una característica común a los elementos metálicos es que tienen solamente, dos o tres electrones
en la capa externa. Esta es la clavepara la formación del enlace metálico. Cuando un elemento
tiene únicamente uno, dos o tres electrones en la última órbita, están enlazados en forma
relativamente débil al núcleo, porque generalmente existe una o más capas completas entre ellos
y el núcleo. Ver Figura 1.1a. Así, cuando colocamos juntos un número de átomos de magnesio.
Los electrones exteriores abandonan los átomos individuales ypasan a formar un gas o nube de
electrones común a todos los átomos participantes en la unión.

Fig.1.1 a) Configuración atómica del magnesio. b) Esquema del enlace metálico.
Por lo tanto, los átomos se convierten en iones Mg2+. Estos se repelen entre si, pero permanecen
en el bloque gracias a la atracción entre los electrones negativos en la nube y los iones positivos.
Este modelo nosayuda a entender algunas propiedades metálicas: primero; podemos explicar la
alta conductividad térmica y eléctrica de los metales. Si aplicamos un voltaje a través del cristal,
los electrones en la nube de electrones, que están enlazados débilmente, se moverán con
facilidad, produciendo una corriente. Así, también podemos entender la ductilidad o capacidad de
deformarse sin fractura. Vemos quelos átomos están empacados compactamente en planos.
Figura 1.1b). Si aplicamos un esfuerzo cizallante, un plano se deslizar á sobre otro y no se
presentará fractura porque las mismas fuerzas intraatómicas operan después de que se desplaza
un diámetro atómico, esto es que el sistema se mantiene eléctricamente balanceado.
1.1.2.2 Enlace Iónico
Este enlace ocurre entre elementos metálicos y no...