atomica

Objetivo del tema: Describir cómo la estructura de los átomos es un concepto
fundamental para empezar a entender las propiedades de los materiales.
DISTRIBUCIÓN GENERAL DE LOS PROTONES, ELECTRONES Y NEUTRONES.
NÚMERO ATÓMICO
DE LA ESTRUCTURA A LAS PROPIEDADES
Los ingenieros y los científicos que se ocupan del desarrollo y las aplicaciones prácticas de
materiales avanzados deben comprenderpropiedades, o características observables, de
los materiales para ingeniería, para ello es necesario entender la estructura a escala
Atómica y/o Microscópica de diversos materiales.
La Microestructura es la estructura del material a una escala de longitud que se puede
observar con un microscopio óptico, comprende propiedades como el tamaño promedio

del grano, la distribución de ese tamaño,la orientación de los granos y otras propiedades
relacionadas con los defectos en los materiales, lo cual está íntimamente ligado con las
propiedades mecánicas de un material. (Un grano es un conjunto de celdas unitarias
orientadas en la misma dirección).

La estructura atómica incluye todos los átomos y sus arreglos, que constituyen los bloques
estructurales de la materia. A partir de estosbloques 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 detenido del arreglo atómico permite distinguir entremateriales 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 de corto
alcance, los átomos o los ionesmuestran 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).
Debe tenerse en cuenta la diferencia de escala entre los niveles atómico y microscópico;por ejemplo la figura 1 corresponde a una fotografía tomada a 1000 aumentos, mientras
que la figura 2 correspondería a 10 000 000 de aumentos.

Figura 1. Micrografía de SEM de la superficie de evaporación de nanocompuestos 5% en peso de arcilla

Figura 2. Esquema comparativo de la estructura a escala atómica de un material cristalino (a) y un material
amorfo (b)

La influenciadeterminante que la estructura tiene en las propiedades se aprecia bien en
dos ejemplos, uno a escala atómica y otro a escala microscópica. Cualquier ingeniero
responsable de la selección de diversos materiales para aplicaciones técnicas debe
considerar que algunas aleaciones son relativamente dúctiles mientras que otras son
relativamente frágiles. Las aleaciones de aluminio son característicamentedúctiles,
mientras que las aleaciones de magnesio son típicamente frágiles. Esta diferencia
fundamental está directamente relacionada con su estructura cristalina (Figura 4). La
estructura de aluminio corresponde a un empaquetamiento cúbico y el magnesio a un
empaquetamiento hexagonal. Por otro lado, la ductilidad depende de la facilidad con la
que se produce la deformación mecánica a escalaatómica, y que hay 4 veces más
mecanismos para que exista deformación en el caso de la estructura cristalina del aluminio
que en el magnesio. Esto es equivalente a tener 4 veces más posibilidades o caminos
disponibles para la ductilidad en aleaciones base aluminio que en aleaciones base
magnesio. El resultado es la relativa fragilidad de las aleaciones de magnesio (Fig 5).

Figura 4....