Material para ciencia de los materiales

1. UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIEMENTAL
FRANCISCO DE MIRANDA
ÁREA DE TECNOLOGÍA
DEPARTAMENTO
MECÁNICA Y TECNOLOGÍA DE LA PRODUCCIÓN
MATERIA CS. DE LOS MATERIALES
TEMA 2. ESTRUCTURA ELECTRÓNICA Y
ARREGLOAS ATÓMICOS
Definición de Átomo: es una unidad estructural básica de todos los materiales de
ingeniería, está formado por el núcleo y los electrones, en el núcleo se encuentran
los protones (carga +) y los neutrones (carga neutra) y alrededor del núcleo se
encuentran los electrones (carga -).
Enlaces: fuerza de atracción que mantiene unidos a los átomos en sus formas
combinadas, se dividen en primarios y secundarios.
•Enlaces Primarios: son aquellos que desarrollan fuerzas interatómicas grandes,
entre los cuales tenemos; enlace iónico, enlace covalente y enlace metálico.

2. −Enlace Covalente: se forma debido a que los átomos se comparten uno o varios
pares de electrones entre sí. La fuerza de los enlaces proviene de la atracción entre
los electrones compartidos y los núcleos positivos.
−Enlace Iónico: es aquel que ocurre cuando un átomo cede sus electrones de
valencia a otro, el átomo que cede se convierte en catión (positivo) y el que recibe se
transforma en un anión (negativo), la atracción electrostática une a los iones. Los
materiales con este tipo de enlace presentan mala conductividad eléctrica y un punto
de fusión muy alto. Ej. Cloruro de sodio (NaCL)
Los metales que presentan este tipo de enlace tienen mala conductividad eléctrica
y térmica. Ej. El metano.
−Enlace Metálico: se produce debido a que los elementos metálicos ceden sus
electrones de valencia para formar un conjunto de electrones que rodea a los
átomos. La atracción electrostática une los electrones de valencia y los núcleos
positivos. Los materiales que presentan este tipo de enlace poseen buena
conductividad eléctrica y térmica y por lo general son muy duros.

3. Arreglos Atómicos: se refiere a la disposición espacial de los átomos en un
material; si no se consideran las imperfecciones que aparecen en los materiales,
entonces existen tres niveles de arreglo atómico; sin orden, orden de corto alcance
y orden de largo alcance.
1. Sin Orden: en este tipo de arreglo atómico, los átomos no tienen orden y llenan
de materia aleatoria el espacio en el cual está confinado el gas.
2. Orden de Corto Alcance: en este caso el arreglo atómico espacial se extiende
solo hacia sus átomos vecinos mas cercanos.
3. Orden de Largo Alcance: en este caso el arreglo atómico espacial se extiende
por todo el material, los metales, semiconductores y muchos cerámicos e incluso
algunos polímeros tienen una estructura cristalina en la cual los átomos forman
un patrón repetitivo regular en forma de rejilla o de red.

5. Red: es el conjunto de puntos, conocidos como puntos de red, que están organizados
siguiendo un patrón periódico de forma que el entorno de cada punto en la red es
idéntico, uno o más átomos quedan asociados a cada punto de la red.
Estructura Cristalina: se refiere al tamaño, forma y organización atómica dentro de
la red. Es un modelo regular tridimensional de átomo, iones y moléculas en el espacio.

6. Celda Unitaria o Redes de Bravais: es la subdivisión de la red cristalina que sigue
conservando las características generales de toda la red. Las celdas unitarias se
pueden definir de forma muy simple a partir de dos vectores (2D) o tres vectores
(3D). Éstas tienen a su vez sus propios parámetros de red y un volumen
determinado.
Celda Unitaria representada por esferas rígidas.
Red Cristalina representada por un paralelepípedo

7. Sistemas Cristalinos:
•Cúbicos
•Tetragonales
•Ortorrómbicos
•Hexagonal
•Romboédrica
•Monoclínica
•Triclínicos
Sólido Cristalino representado por
esferas rígidas
Tipos de Sólidos Cristalinos

8. Estructura Cúbica centrada en el Cuerpo (body centered cubic BCC): está
formada por un átomo del metal en cada uno de los vértices de un cubo y un átomo
en el centro. Los metales que cristalizan en esta estructura son; hierro alfa, titanio,
tungsteno, molibdeno, niobio, vanadio, cromo, circonio, talio, sodio y potasio.
Metal
Ctte reticular (a),
nm
Radio atómico R*,
nm
Cromo 0.289 0.125
Hierro 0.287 0.124
Molibdeno 0.315 0.136
Potasio 0.533 0.231
Sodio 0.429 0.185
Tántalo 0.330 0.143
Wolframio 0.316 0.137
vanadio 0.304 0.132
Algunos metales con estructuras cristalinas bcc a temperatura ambiente (200c), sus
constantes reticulares y sus radios atómicos.

9. Estructura Cúbica centrada en las Caras (FACE centered cubic FCC): A demás
de haber un átomo en cada esquina del cubo, hay uno en el centro de cada cara,
pero ninguno en el centro del cubo.
Cada átomo está rodeado por doce átomos adyacentes y los átomos de las caras
están en contacto. Está constituida por un átomo en cada vértice y un átomo en
cada cara del cubo. Los metales que cristalizan en esta estructura son: hierro
gama, cobre, plata, platino, oro, plomo y níquel.

10. Metal Ctte de red (a), nm
Radio atómico R*,
nm
Aluminio 0.405 0.143
Cromo 0.3615 0.128
Hierro 0.408 0.144
Plomo 0.495 0.175
Níquel 0.352 0.125
Platino 0.393 0.139
Plata 0.409 0.144
Estructura Hexagonal Compacta (hexagonal close packed HCH): esta
estructura está determinada por un átomo en cada uno de los vértices de un
prisma hexagonal, un átomo en las bases del prisma y tres átomos dentro de la
celda unitaria.
Cada átomo está rodeado por doce átomos y estos están en contacto
según los lados de los hexágonos bases del prisma hexagonal.
La figura usual de la red hexagonal compacta muestra dos planos
básales en forma de hexágonos regulares, con un átomo tanto en cada esquina del
hexágono como en el centro. Además hay tres átomos regulares en forma de
triángulo a la mitad de la distancia entre los dos planos básales. Los metales que
presentan esta estructura son; magnesio, berilio, cinc, cadmio y hafnio.
Algunos metales con estructuras cristalinas fcc a temperatura ambiente (200c), sus
constantes de red y sus radios atómicos.

12. Metal
Cttes de
red, nm
a c
Radio
atómico
R, nm
Relación
c/a
% de
variación
de la
relación
ideal
Cadmio
0.2973
0.5618
0.149 1.89 +15.7
Cinc
0.2665
0.4947
0.133 1.856 +13.6
HCP idea 1.633 0
Magnesio
0.3209
0.5209
0.160 1.623 -0.66
Cobalto
0.2057
0.4069
0.125 1.623 -0.66
Circonio
0.3231
0.5148
0.160 1.593 -2.45
Titanio
0.2950
0.4683
0.147 1.587 -2.81
Berilio
0.2286
0.3584
0.113 1.586 -3.98
Algunos metales con estructuras HCP a temperatura ambiente (200c), sus constantes de red
y sus radios atómicos y sus constantes c/a.

13. Parámetros de la Red: son aquellos que permiten describir el tamaño y la forma de
la celda unitaria, incluye las dimensiones de los costados de la celda unitaria y los
ángulos. Donde la longitud es medida en nanómetros (nm) y Angstrom. Es la longitud
de los lados de la celda unitaria.
Números de Átomos por celda Unitaria: es el producto del número de átomos por
punto de red multiplicado por el número de puntos de red existentes por celda
unitaria. Por tanto, el número de puntos de red proviene de todas las porciones de
esquinas en una celda unitaria. CS= 1, BCC= 2, FCC= 4, HCP= 6.
También podemos describir al número de átomos por celda unitaria como el número
de átomos que posee cada celda. Una celda cuadrada, por ejemplo, poseerá un nodo
por celda ya que cada esquina la comparte con cuatro (4) celdas más.