uniones quimicas y cristalinas

LA NATURALEZA DE LOS MATERIALES
• Estructura del átomo y elementos químicos
• Uniones entre átomos y moléculas
• Estructuras cristalinas
• Estructuras no-cristalinas (amorfas)
• Materiales de Ingeniería

Por qué son importantes los materiales
en la manufactura
• La manufactura es un proceso de transformación
− Lo que se transforma es el material
− El comportamiento del material, alser sometido a
fuerzas, temperaturas y otros parámetros, es lo
que determina el éxito del proceso

La estructura atómica y los elementos
• La unidad estructural básica de la materia es el
átomo.
• Cada átomo está constituido por un núcleo cargado
positivamente, rodeado por un número suficiente de
electrones cargados negativamente, de tal manera
que las cargas eléctricas estén balanceadas• Existen más de 100 elementos químicos, los cuales
constituyen los “ladrillos” de toda la materia

Agrupaciones de elementos
• Por medio de la Tabla Periódica los elementos
químicos se pueden agrupar en familias y establecer
relaciones entre elementos de una misma o de
diferentes familias
− Los metales ocupan las partes izquierda y central
de la tabla
− Los no-metales están a laderecha
− Entre ellos existe una zona de transición
conteniendo metaloides o semi-metales.

Figura 2.1 - Tabla Periódica de Elementos, conteniendo el número
atómico y el símbolo químico de 103 elementos

Uniones entre átomos y moléculas
•

Los átomos se mantienen unidos en moléculas
mediante diversos tipos de uniones o enlaces
químicos
1. Enlaces primarios - generalmente asociados conla formación de moléculas
2. Enlaces secundarios - generalmente asociados
con la atracción entre moléculas

•

Los enlaces primarios son mucho más fuertes que
los enlaces secundarios

Energía potencial en función de la
distancia interatómica

Enlaces primarios
• Caracterizados por atracciones interatómicas fuertes
que involucran electrones de valencia
− Iónico
− Covalente
−Metálico

Enlace iónico
Los átomos de un elemento ceden uno o más
electrones de su órbita externa hacia la órbita
externa de otro átomo, completando ocho electrones
en las capas exteriores de cada átomo. Ej.: ClNa

Figura 2.4 - Tres
formas de enlaces
primarios: (a) iónico

Enlace covalente
Los electrones de las órbitas externas son compartidos
(en vez de transferidos) hasta alcanzar untotal de
ocho electrones

Figura 2.4 - Enlace
primario: (b) covalente

Enlace metálico
Se comparten los
electrones de las
órbitas externas de
todos los átomos,
formando una “nube”
que penetra toda la red
de iones positivos
Figura 2.4 - Enlace primario:
(c) metálico

Enlaces secundarios
A diferencia de los enlaces primarios, que involucran
fuerzas interatómicas, los enlacessecundarios
involucran fuerzas atractivas intermoleculares
•

No se transfirieren ni comparten electrones

•

Los enlaces secundarios son más débiles que los
enlaces primarios
1. Enlace dipolar
2. Fuerzas de Van der Walls
3. Puente de hidrógeno

Enlace dipolar
• Surgen en una molécula compuesta de dos átomos
con cargas eléctricas iguales y signos opuestos
• Cada molécula forma undipolo que atrae otras
moléculas

Figura 2.6 - Enlace secundario: (a) enlace dipolar

Fuerzas de Van der Waals
• Fuerza atractiva entre moléculas no-polares
• Debido al rápido movimiento de los electrones en
órbita, se forman dipolos temporales cuando se
concentran más electrones de un lado

Figura 2.6 - Enlace secundario: (b) fuerzas de Van der Waals

Puente de hidrógeno
• Sepresenta en moléculas conteniendo átomos de H
unidos por enlaces covalentes a otro átomo (ej.,H2O)

Figura 2.6 Enlace secundario:
(c) puente de
hidrógeno

Estructuras macroscópicas de la materia
• Los átomos y las moléculas son los “ladrillos” de la
estructura macroscópica de la materia
• Cuando los materiales solidifican desde el estado
líquido los átomos tienden a aproximarse entre sí,...