Propiedades de los materiales

ESTRUCTURA CRISTALINA Y SUS CONSECUENCIAS EN LAS PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

La estructura cristalina es un concepto teórico que permite comprender como están formados los materiales. A partir del concepto de estructura cristalina es posible explicar muchas de las propiedades que exhiben los materiales, sean estos cristalinos o amorfos.

Una estructura cristalina es una forma sólida, en laque los constituyentes, átomos, moléculas, o iones están empaquetados de manera ordenada y con patrones de repetición que se extienden en las tres dimensiones del espacio. La cristalografía es el estudio científico de los cristales y su formación.

El estado cristalino de la materia es el de mayor orden, es decir, donde las correlaciones internas son mayores. Esto se refleja en sus propiedadesantrópicas y discontinuas. Suelen aparecen como entidades puras, homogéneas y con formas geométricas definidas (hábito) cuando están bien formados. No obstante, su morfología externa no es suficiente para evaluar la denominada cristalinidad de un material.

La estructura física de los sólidos es consecuencia de la disposición de los átomos, moléculas o iones en el espacio, así como de lasfuerzas de interconexión de las partículas:
• Estado amorfo: Las partículas componentes del sólido se agrupan al azar.
• Estado cristalino: Los átomos (moléculas o iones) que componen el sólido se disponen según un orden regular. Las partículas se sitúan ocupando los nudos o puntos singulares de una red espacial geométrica tridimensional.

Los metales, las aleaciones y determinados materialescerámicos tienen estructuras cristalinas.
Los átomos que pertenecen a un sólido cristalino se pueden representar situándolos en una red tridimensional, que se denomina retículo espacial o cristalino. Este retículo espacial se puede definir como una repetición en el espacio de celdas unitarias.
La celda unitaria de la mayoría de las estructuras cristalinas son paralelepípedos o prismas con tresconjuntos de caras paralelas.

Según el tipo de enlace atómico, los cristales pueden ser de tres tipos:
a) Cristales iónicos: punto de fusión elevado, duros y muy frágiles, conductividad eléctrica baja y presentan cierta elasticidad. Ej: NaCl (sal común).
b) Cristales covalentes: Gran dureza y elevada temperatura de fusión. Suelen ser transparentes quebradizos y malos conductores de la electricidad.No sufren deformación plástica (es decir, al intentar deformarlos se fracturan). Ej: Diamante.
c) Cristales metálicos: Opacos y buenos conductores térmicos y eléctricos. No son tan duros como los anteriores, aunque si maleables y dúctiles. Hierro, estaño, cobre, etc.

Según la posición de los átomos en los vértices de la celda unitaria de la red cristalina existen:
a) Estructura cristalinacúbica centrada en las caras (FCC): La estructura cristalina exige que muchos metales tengan una celdilla unidad de geometría cúbica, con los átomos localizados en los vértices del cubo y en los centros de todas las caras del cubo.    Es la denominada estructura cristalina cúbica centrada en las caras (FCC).   Cristalizan en esta estructura el cobre, aluminio, plata y oro. El agregado de átomosrepresenta una sección del cristal formada por muchas celdillas unidad FCC.   Estas esferas o cationes están en contacto entre sí a lo largo de la diagonal.   La longitud de la arista del cubo a y el radio atómico R se relacionan mediante la siguiente fórmula:
          a = 2R √2
En los cristales de estructura FCC, cada átomo del vértice es compartido con ocho celdillas unidad, mientras que los átomoscentrados en las caras sólo son compartidos con dos celdillas. La celdilla comprende el volumen del cubo generado desde los centros de los átomos de los vértices.
Las posiciones de los vértices y de los centros de las caras son equivalentes, puesto que el desplazamiento de la celdilla unidad desde el átomo del vértice original al átomo del centro de una cara no altera la estructura de la...