Unidad II

Unidad II.- Estructura de los materiales.

2.1.- La estructura cristalina y sus consecuencias en las propiedades.

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 estructuracristalina es una forma sólida, en la que 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. Estose refleja en sus propiedades antrópicas 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 elespacio, así como de las fuerzas 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 ydetermina dos materiales cerámicos 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 oprismas con tres conjuntos de caras paralelas.
Según el tipo de enlace atómico, los cristales pueden ser de tres tipos:

a) Cristales iónicos: punto de fusión elevado, duro y muy frágil, 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 conductoresde 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:

d)Estructura cristalina cúbica 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 agregadode átomos representa 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 losátomos centrados 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...