Celdas Cristalinas

Introducción

La primera clasificación que se puede hacer de materiales en estado sólido, es en función de cómo es la disposición de los átomos o iones que lo forman. Si estos átomos o iones se colocan ordenadamente siguiendo un modelo que se repite en las tres direcciones del espacio, se dice que el material es cristalino. Si los átomos o iones se disponen de un modo totalmente aleatorio, sinseguir ningún tipo de secuencia de ordenamiento, estaríamos ante un material no cristalino ó amorfo.

Cada sólido se describe en términos de uno de los siete tipos de celdas unitarias que existen, cualquiera de estas celdas unitarias, cuando se repite en el espacio, forma la estructura reticular característica de un sólido cristalino. Nuestro objeto de estudio serán las celdas unitariascúbicas, estas poseen los lados y ángulos iguales, y la hexagonal. La ubicación de los átomos determina si la celda cúbica unitaria se llama celda cúbica simple (CCS), celda cúbica centrada en el cuerpo (BCC), cubicas centradas en las caras (FCC), o hexagonal compacta (HCP). Dada que cada celda unitaria en un sólido cristalino es adyacente a otras celdas unitarias, la mayoría de los átomos soncompartidos con las celdas unitarias vecinas.
Objetivos
* Comprender la diferencia entre los distintos enlaces atómicos existentes.
* Entender la estructura de cada celda cristalina y sus propiedades en los materiales.
* Comprender el concepto de redes de Bravais y su aplicación en los materiales.
Marco Teórico

Los materiales sólidos se pueden clasificar de acuerdo a la regularidad con quelos átomos o iones están ordenados uno con respecto al otro. Un material cristalino es aquel en que los átomos se encuentran situados en un arreglo repetitivo o periódico dentro de grandes distancias atómicas; tal como las estructuras solidificadas, los átomos se posicionarán de una manera repetitiva tridimensional en el cual cada átomo está enlazado al átomo vecino más cercano. Todos losmetales, muchos cerámicos y algunos polímeros forman estructuras cristalinas bajo condiciones normales de solidificación.

Existen siete sistemas cristalinos los cuales se distinguen entre sí por la longitud de sus aristas de la celda (llamados constantes o parámetros de la celda) y los ángulos entre los bordes de ésta. Estos sistemas son: cúbico, tetragonal, ortorrómbico, romboédrica (o trigonal),hexagonal, monoclínico y triclínico. Sin embargo, en este caso se estudiará el sistema cúbico, el cual posee tres estructuras cristalinas: la cúbica simple (CS), la cúbica centrada en el cuerpo (BCC) y la cúbica centrada en caras (FCC), y por otro lado, el sistema hexagonal, con la hexagonal compacta (HCP).

Estudios de difracción de rayos X han permitido determinar la estructura de muchoselementos metálicos, revelando la existencia de empaquetamientos compactos en muchos de ellos. Ello indica que presenta una débil tendencia a formar en esas estructuras enlaces covalentes dirigidos. Una consecuencia de la compactación es la alta densidad de dichos metales, ya que existe una gran cantidad de masa en un volumen mínimo. La Tabla 1 muestra las estructura cristalinas que presentan algunosmetales en condiciones suaves.
Tabla 1. Estructuras cristalinas de elementos metálicos a 25ºC y 1atm
Estructura cristalina | Elemento |
Hexagonal compacta | Be, Cd, Co, Mg, Ti, Zn |
Cúbica centrada en caras | Ag, Al, Au, Ca, Cu, Ni, Pb, Pt |
Cúbica centrada en el cuerpo | Ba, Cr, Fe, W, alcalinos |
Cúbica simple | Po |

Hexagonal compacta (HCP)

Esta celda consiste en dos caras: unasuperior y otra la base de la celda unidad que consiste de 6 átomos que forman un hexágono y un átomo simple en el centro de estas caras. Hay además otro plano que provee 3 átomos adicionales en la celda, que está ubicado entre las caras superior e inferior. (Estos tres átomos están en el interior de la celda y no en la mitad de la cara). El número de átomos entonces serian 6 en total.

Cubica...