Arreglos Cristalinos

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Estructura cristalina

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1.1
de enlace

Introducción a la estructura atómica y energía

El objetivo de esta sección es describir los conceptos fundamentales relacionados con la estructura de la materia. Se examina la estructura atómica con objeto de establecer una base para comprender la forma en que afecta las propiedades, loscomportamientos y las aplicaciones consecuentes de los materiales de ingeniería. El lector aprenderá que la estructura de los átomos afecta los tipos de enlaces que mantienen unidos a los materiales. Estos distintos tipos de enlaces afectan en forma directa la aptitud de los materiales en las aplicaciones ingenieriles en el mundo real. Tanto la composición como la estructura de un material tienen una influenciaprofunda sobre sus propiedades y su comportamiento. Los ingenieros y los científicos que estudian y desarrollan materiales deben comprender su estructura atómica. Veremos que las propiedades de los materiales se pueden controlar y que, en realidad, se pueden adaptar a las necesidades de determinada aplicación, mediante el control de su estructura y composición. La estructura de los materiales sepuede examinar y describir en cinco niveles diferentes: 1) Macroestructura, 2) Microestructura, 3) Nanoestructura, 4) Arreglos atómicos de corto y largo alcance y 5) Estructura atómica. Los ingenieros y los científicos que se ocupan del desarrollo y las aplicaciones prácticas de materiales avanzados deben comprender la Microestructura y la Macroestructura de diversos materiales, así como la forma decontrolarlas. La Microestructura es la estructura del material a una escala de longitud de ∼ 10 a 1000 nm. La escala de longitud o intervalo de dimensiones características dentro de la que se describen las propiedades de un material o los fenómenos que suceden en los materiales. En el caso normal, la Microestructura comprende propiedades como el tamaño promedio del grano, la distribución de esetamaño, la orientación de los granos y otras propiedades relacionadas con los defectos en los materiales. (Un grano es una porción del material dentro de la cual el arreglo de los átomos ITESCAM IMAT - MAU-1011 F. del Estado Sólido

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es casi idéntico.) La Macroestructura es la estructura del material a nivel macroscópico, donde la escala de longitud es ∼ 1000nm. Entre las propiedades que constituyen la Macroestructura están la porosidad, los recubrimientos superficiales y las microgrietas internas o externas. También es importante comprender la estructura atómica y la forma en que los enlaces atómicos producen distintos arreglos atómicos o iónicos en los materiales. La estructura atómica incluye todos los átomos y sus arreglos, que constituyen losbloques estructurales de la materia. A partir de estos bloques estructurales emergen todos los nanos, micro y macroniveles de estructura. Las perspectivas obtenidas al comprender la estructura atómica y las configuraciones de enlace de los átomos y moléculas son esenciales para una buena selección de materiales de ingeniería, así como para desarrollar nuevos materiales avanzados. Un examen detenidodel arreglo atómico permite distinguir entre materiales que son amorfos (que carecen de un orden de largo alcance de los átomos o iones) o cristalinos (los que tienen arreglos geométricos periódicos de átomos o iones). Los materiales amorfos sólo tienen arreglos atómicos de corto alcance, mientras que los materiales cristalinos tienen arreglos de corto y largo alcance. En los arreglos atómicos decorto alcance, los átomos o los iones muestran determinando orden sólo dentro de distancias relativamente cortas. Para los materiales cristalinos, el orden atómico de largo alcance tiene la forma de átomos o iones ordenados en un arreglo tridimensional que se repite a lo largo de distancias mucho mayores (desde ∼ 100 nm hasta algunos centímetros).

La estructura de los materiales: importancia...