Apuntes Unidad 1

UNIDAD 1. CONFIGURACIONES ESTRUCTURALES.

1.1. ESTRUCTURAS CRISTALINAS
Para empezar y entender mejor los temas que se van a desarrollar es necesario recordar algunos conceptos como
son:
Átomo, es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades y que no es
posible dividir mediante procesos químicos.
Cristalografía es la ciencia que estudia las estructurascristalinas, es decir la disposición de los átomos y moléculas
que forman el edificio cristalino, las causas de su ordenación, las propiedades que esta implica, etc. De
hecho, las propiedades de cualquier compuesto están controladas, no únicamente por su composición
química, sino también por como sus átomos están distribuidos y enlazados en la estructura cristalina.
Un caso paradigmático es elcarbono, que en sus formas diamante y grafito da lugar a dos minerales de
propiedades bien diferentes (entre ellas el precio).
En los materiales existen tres niveles de arreglos atómicos.
 Sin orden. Se presenta en gases como el argón, se caracteriza porque los átomos no tienen orden y llenan el
espacio en el que se encuentra confinado el gas de manera aleatoria.
 Orden de corto alcance. En este elarreglo espacial de los átomos se extiende solo a los vecinos más cercanos
de cada átomo. El agua en fase vapor debido a los enlaces covalentes, los vidrios cerámicos y los polímeros
también tienen arreglos atómicos de corto alcance, estos materiales se consideran como amorfos.
 Orden de largo alcance. Tienen una estructura cristalina en la cual los átomos muestran un orden tanto a
corto como alargo alcance. Los metales, semiconductores, muchos materiales cerámicos e incluso algunos
polímeros tienen una estructura cristalina definida.

Figura 1. Arreglo atómico de los materiales. a) Sin orden, b) y c) Corto alcance y d) Largo alcance.

Como los átomos tienden a adoptar posiciones relativamente fijas, esto da a lugar a la formación de cristales en
estado sólido. Los átomos oscilanalrededor de puntos fijos. La red tridimensional de las líneas imaginarias que
conecta los átomos se llama red espacial.

INGENIERÍA DE MATERIALES

UNIDAD 1

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En conclusión la estructura cristalina de un material se refiere al tamaño, forma y organización atómica dentro de la
red, en otras palabras la estructura cristalina es el ordenamiento periódico y homogéneo de los átomos en un
material sólido,lo que le confiere propiedades y características particulares.

1.1.1. SISTEMAS CRISTALINOS
La celda unitaria es la subdivisión de la red cristalina que sigue conservando las características generales de toda la
red. En algunos casos se utilizan la celda unitaria y la estructura cristalina de manera indistinta, al apilar celdas
unitarias idénticas se puede construir toda la red.

Figura 2. Redcristalina.

La celda unitaria es específica para cada metal y está definida por sus parámetros que son las orillas o bordes de la
celda unitaria a, b, c y los ángulos  (entre b y c),  (entre a y c) y  (entre a y c).

Figura 3. Red espacial que muestra los parámetros reticulares.

Los cristales se describen por los sistemas cristalinos, existen 7 sistemas cristalinos y cada uno de ellos tiene suspropios elementos de simetría.
Los sistemas cristalinos se definen por:
 Sus ejes cristalográficos.
 Los ángulos que respectivamente dos de los ejes cristalográficos forman.
 Las longitudes de los ejes cristalográficos.

INGENIERÍA DE MATERIALES

UNIDAD 1

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1. Sistema cúbico
Existen tres ejes cristalográficos a 90° entre sí:
alfa = beta = gama = 90°
Las longitudes de los ejes son iguales:a=b=c

2. Sistema tetragonal
Existen 3 ejes cristalográficos a 90° entre sí:
alfa = beta = gama = 90°
Los parámetros de los ejes horizontales son iguales, pero no son iguales al parámetro del eje vertical:
a = b ≠ [es desigual de] c

3. Sistema hexagonal
Existen 4 ejes cristalográficos, tres a 120° en el plano horizontal y uno vertical y perpendicular a ellos:
Y1 = Y2 = Y3 = 90° - ángulos entre los...