La necesidad de entender la estructura del cristal se basa en el concepto de que laestructura de un material regula sus propiedades.

Los materiales se eligen porque tienen propiedades adecuadas para una funcióndeterminada, y estas propiedades determinan si un material es adecuado o no.

El comprender las estructuras de los materiales abre el portal al entendimiento de laspropiedades del material que estas estructuras generan y los procedimientos deprocesamiento que se pueden utilizar para alterar las estructuras y, como resultado, laspropiedades del material.

Introducción

Niveles de OrdenLas propiedades de cualquier material se determinan por su estructura en cuatro nivelesdiferentes:

1. Estructura atómica. ¿Qué átomos están presentes y qué propiedades poseen?2. Arreglo atómico. ¿Cómo están posicionados los átomos entre sí y qué tipo deenlace, si hubiera, existe entre ellos?3. Microestructura. ¿Qué secuencia de cristales existe en un nivel tan pequeñoque no es visible al ojo humano?4. Macroestructura. ¿Cómo las microestructuras se ajustan para hacer unmaterial más grande?

1-Estructura atómicaÁtomos de sodio (Na) ycloro (Cl) enlazadosiónicamente.

2- Arreglo atómicoMúltiples moléculas deNaCl enlazadas paraformar una red cristalinacubica de cara centrada.

Niveles de Orden

3-Micro estructura

A la orilla de una redcristalina se le llama bordegrano. Estos bordes sonvisibles bajo un microscopio.

4- Macroestructura

El ojo normal ve los cristalesde NaCl como solidos claros,aunque pueden estarcoloreados con impurezas.

Niveles de Orden

Ordenes de alcanceSi no se consideran las imperfecciones que aparecen en los materiales, entonces existentres niveles de arreglo atómico:

1. Sin orden. En gases como el argón, los átomos no tienen orden y llenan demanera aleatoria el espacio en el cual esta confinado el gas.2. Orden de corto alcance. Un material muestra un orden de corto alcance si elarreglo especial de los átomos se extiende solo a los vecinos mas cercanos delátomo.3. Orden de largo alcance. Los átomos forman un patrón repetitivo, regular, enforma de rejilla o de red. La red es un conjunto de puntos, conocidos comopuntos de red, que están organizados siguiendo un patrón periódico de formaque el entorno de cada punto en la red es idéntico.

Niveles de Orden

La mayoría de los sólidos tienen un orden tridimensional de rango largo significativo yforman una red cristalina regular. La estructura de cristal de un sólido es el tamaño, laforma y el arreglo de átomos dentro de esta red cristalina tridimensional.

Las redes cristalinas se organizan por sí solas en uno de los 14 patrones llamados redescristalinas de Bravais.

Redes de Bravais

Redes de Bravais

Redes de BravaisOtras redes cristalinas compartenla mayoría de los átomos presentesen una celda unitaria. Ochodiferentes celdas unitariascomparten un átomo en la esquinade una red cristalina cúbica, comose muestra en la figura.

Una celda unitaria es la subdivisión más pequeña de una red cristalina que conserva lascaracterísticas de la red cristalina.

Redes de BravaisLos tamaños y formas de las redes cristalinas son descritas por un conjunto de longitudes de la arista y ángulos llamados parámetros de redes cristalinas.

Redes de Bravais

Redes de Bravais

Redes de Bravais

Redes de Bravais

Radios atómicos para metales comunes

Factor de paquete atómicoEl factor de paquete atómico (APF) es la cantidad de la celda unitaria ocupada por los átomos en oposición al espacio vacío.

Direcciones en celdasEs posible localizar ciertos puntos, como lasposiciones de los átomos en la red o en lacelda unitaria. La distancia se mide enfunciones del numero de parámetros de redque habrá que moverse en cada una de lascoordenadas x, y y z para pasar desde elorigen hasta el punto en cuestión. Lascoordenadas se expresan como tresdistancias, y separando cada numero concomas.

Índices de Miller1. Utilizando un sistema de coordenadas dextrógiro, determine las coordenadas de dospuntos que estén en esa dirección.

2. Reste las coordenadas del punto inicial de las coordenadas a las del punto final paraobtener el numero de parámetros de red recorridos en la dirección de cada eje del sistemade coordenadas.

3. Reduzca las fracciones y/o los resultados obtenidos de la resta a los mínimos enteros.

4. Encierre los números en corchetes [ ]. Si se obtiene un signo negativo, represéntelo conuna barra sobre el numero.

Índices de Miller

Índices de Miller

Índices de MillerPlanos de celda unitaria. Cierto planos de átomos en un cristal también son significativos;por ejemplo, los metales se deforman a lo largo de aquellos planos de átomos que estánempaquetados mas estrechamente.

1. Identifique los puntos en los cuales el plano interseca los ejes de coordenadas x, y y zen función del numero de parámetro de red. Si el plano pasa a través del origen, elorigen del sistema de coordenadas deberá moverse.

2. Tome los recíprocos de estas intersecciones.3. Elimine las fracciones pero no reduzca a los mínimos enteros.4. Encierre los números resultantes entre paréntesis ( ). De nuevo, los números negativos

se escribirán con una barra sobre los mismos.

Índices de Miller

Índices de Miller

Índices de Miller

Tarea 1Investigar:

- Enlace metálico- Enlace Covalente- Enlace Iónico- Enlace de Van der Waals

Materiales CristalinosSi un material esta formado por un solo cristal grande, se le llama material monocristalinoo monocristal.

Un material policristalino esta formado por muchos cristales pequeños con diversasorientaciones en el espacio. Estos cristales mas pequeños se llaman granos.

Alotrópicas y Polimorfas

Los materiales que pueden tener más de una estructura cristalina se llaman alotrópicos,polimorfos o polimórficos. El termino alotropía suele reservarse para estecomportamiento en los elementos puros, mientras que el termino polimorfismo se usapara materiales compuestos.

Alotrópicas y PolimorfasAlgunos metales como el hierro y el titanio,tienen mas de una estructura cristalina. Abajas temperaturas el hierro tiene estructuraBCC, pero a mayores temperaturas setransforma en una estructura FCC. Estastransformaciones dan como resultadocambios en las propiedades de los materialesy son la base del tratamiento térmico de losaceros y de muchas otras aleaciones.

Isotrópico y anisotrópicoUn material es cristalográficamente anisotropico si sus propiedades dependen de ladirección cristalográfica en la cual se mide la propiedad.

Si las propiedades son idénticas en todas las direcciones, el material escristalográficamente isotrópico.

Sitios intersticialesExisten pequeños huecos entre los átomos normales, y en ellos se pueden ubicar átomosmas pequeños. A estos lugares se les llama sitios intersticiales.