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Ciencia de los materiales

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by

Guillermo Garcia

on 21 February 2011

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Transcript of Ciencia de los materiales

Equipo 2 Estructura Atómica.

Estructura del átomo
Enlaces atómicos
Arreglos atómicos
Celdas unitarias Integrantes Luis Arnulfo Jáquez Cardoza
Guillermo Alejandro García Jiménez
Carlos Andres Pérez Pérez
Arturo Gaytán Portillo
Gabriel Ibarra Ramírez
Salvador Enrrique Campos López Introduccion La estructura de un material puede ser examinada en 4 niveles: estructura atomica, arreglo de los atmomos, microestructura y macroestructura.
La estructura atomica influye en la forma en que los atomos se unen entre si, esta comprencion a su vez nos ayuda a clasificar los materiales como metales, semiconductores, ceramicos y polimeros. Estructura del atomo El átomo está compuesto por un núcleo el cual contiene los protones (+) y los neutrones (+-) y fuera del núcleo se encuentran los electrones (-), en total la suma de las cargas de todo el átomo son igual a 0. ATOMO NEUTRO (+-) ATOMO POSITIVO (+) Características basicas de los átomos: NÚMERO ATÓMICO: Cantidad de protones o electrones que contiene un átomo.
MASA ATÓMICA: sumatoria de la masa de los protones y neutrones, en el núcleo se encuentra la mayor parte de la masa atómica puesto que el peso de los electrones es insignificante.
NUMERO DE AVOGADRO: Cantidad de átomos en un mol.
ESPIN: Sentido de giro de los electrones
ELECTRONES DE VALENCIA: Cantidad de electrones en el más alto nivel de energia
ORBITAL: espacio que rodea al núcleo en donde es posible encontrar electrones. Átomo Enlaces Atómicos Existen cinco mecanismos mediante los cuales los cuales los átomos se enlazan formando sólidos: enlace metálico, enlace covalente, enlace iónico, enlace de Van Der Waals y el enlace mixto. Enlace metálico Estos elementos, al tener una electronegatividad baja, ceden sus electrones de valencia para formar toda una nube de electrones que rodea los átomos. Los electrones de valencia estarán moviéndose libremente alrededor de los centros atómicos, por lo cual son empujados al centro para que estos se asocian entre si, de tal forma que surja como producto un fuerte enlace metálico. Al existir un material en que se localice un enlace covalente, se hace referencia a los electrones compartidos por dos átomos o mas.
Un claro ejemplo es un átomo de silicio, que tiene una valencia de cuatro, obtiene ocho electrones en su capa externa de energía al compartir electrones con cuatro átomos de silicio que lo rodean. Cada vez que se de un punto de contacto, escara haciendo presencia un enlace covalente.
Enlace covalente Una de las características del enlace covalente, es que es un enlace saturado. Se dice que es saturado porque los elementos tienden a saturar de electrones su capa de valencia.
En relación a este tipo de enlaces, se sabe que el enlace covalente requiere que los electrones sean compartidos entre átomos, de tal forma que cada uno de los átomos tiene su orbital externo.
Tomando como ejemplo el caso del silicio, se sabe que cuenta con una valencia de cuatro, por lo cual deberá formar cuatro enlaces covalentes
En un material se puede encontrar la presencia de mas de un tipo de átomos, de los cuales, uno puede donar sus electrones de valencia a otro distinto. El átomo que cede electrones queda con carga positiva y se considera un catión, en cambio, el que recibe electrones toma carga negativa y se denomina anión. Los iones de carga opuesta se atraen y dan origen a un enlace iónico.

Como claro ejemplo de lo anterior se tiene al cloruro de sodio, en él se combinan sodio y cloro, perdiendo el primero un electrón que es capturado por el segundo.
Enlace iónico Los compuestos formados a partir de dos o más metales (compuestos intermetálicos) pueden estar enlazados por una mezcla de enlaces metálicos e iónicos particularmente cuando existe una gran diferencia de electronegatividad entre elementos. Enlaces Mixtos El hierro es un ejemplo el cual esta enlazado por medio de enlaces metálicos y covalentes. Tipos de Celdas Unitarias Sistemas Cristalinos Es el resultado de la polarización de moléculas o grupo de átomos.
Este enlace une moléculas o grupos mediante una atracción estática débil. Enlace de van der Waals
La celda unitaria es la subdivisión de la red cristalina que sique conservando las características generales de toda la red. Celda Unitaria Una red es un arreglo periódico de puntos que definen un espacio. La celda unitaria (contorno grueso) es una subdivisión de la red que sigue conservando las características de la red. Los puntos de la red están localizados en las esquinas de las celdas unitarias, en algunos casos, en cualquiera de las caras o en el centro de la celda unitaria. Características de una red o de una celda unitaria Describen el tamaño y la forma unitaria, incluyen dimensiones de los costados de la celda unitaria y los ángulos entre sus costados. Cada una de las celdas unitaria está definida por un número específico de puntos de red. Número de átomos por celda unitaria. Parámetro de red. Radio atómico comparado con el parámetro de la red. Las direcciones en la celda unitaria a lo lardo de las cuales los átomos están en contacto continuo son las direcciones compactas en estructuras simples, particularmente en aquellas con sólo un átomo por punto de red, se utilizan esas direcciones para calcular la relación entre el tamaño aparente del átomo y el tamaño de la celda unitaria. Al determinar geométrica la longitud de la dirección, relativa a los parámetros de red y a continuación sumando los radios atómicos en esa dirección, es posible determinar la dirección deseada. Número de coordinación. El número de átomos que tocan a otro en particular, es decir, el número de vecinos más cercanos, es el número de coordinación y es una indicación de qué tan estrecha y eficazmente están empaquetados los átomos. En estructuras cúbicas que contengan solamente un átomo por punto de la red, los átomos tienen un número de coordinación relacionado con la estructura de la red. El factor de empaquetamiento es la fracción de espacio ocupada por átomos, suponiendo que los átomos son esferas sólidas. La expresión general par a el factor de empaquetamiento es: Factor de empaquetamiento. Densidad. La densidad teórica de un metal se puede calcular utilizando las propiedades de la estructura cristalina. La fórmula general es: Arreglo Atómico El arreglo atómico juega un papel importante en la determinación de la microestructura y en el comportamiento de un sólido. Por ejemplo el arreglo atómico en el aluminio proporciona buena ductilidad, en tanto que en el hierro es la causa de una buena resistencia. Debido a distintos arreglos atómicos se puede deformar fácilmente el polietileno, se puede estirar elásticamente el hule, etc. Niveles de Arreglo Atómico Si no se consideran las imperfecciones que aparecen en los materiales, entonces existen tres niveles de arreglo atómico: Sin Orden: En gases como el argón los átomos no tienen orden y llenan de manera aleatoria el espacio en el cual esta confinado el gas. Orden de Corto Alcance: un material muestra orden de corto alcance si el arreglo especial de los átomos se extiende solo los vecinos más cercanos de dicho átomo. Cada molécula de agua en fase vapor tiene un orden de corto alcance debido a los enlaces covalentes entre los átomos de hidrogeno y oxigeno, esto es cada átomo de oxigeno esta unido a dos átomos de hidrogeno formando un ángulo de 104.5º entre los enlaces. Sin embargo las moléculas de agua no tienen una organización especial entre si.
Los polímeros también despliegan arreglos atómicos de corto alcance. El polietileno esta compuesto por cadenas de átomos de carbono con dos átomos de hidrógeno unidos a cada carbono, al final se produce una estructura tetraédrica
Las cerámicas y los polímeros que tienen solo este orden de corto alcance son materiales amorfos. Los vidrios que se forman en sistemas tanto cerámicos como polímeros son materiales amorfos y a menudo tienen propiedades físicas únicas. Unos cuantos materiales y semiconductores especialmente preparados también poseen solo orden de corto alcance.
Orden de Largo Alcance: los metales, semiconductores muchos materiales cerámicos e incluso algunos polímeros tienen una estructura cristalina en la cual los átomos muestran tanto un orden de corto alcance como un orden de largo alcance; el arreglo atómico especial se extiende por todo el material. Los átomos forman un patrón repetitivo, regular, en forma de rejilla o de red. La red es un 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 mas átomos quedan asociados a cada punto de la red. La red difiera de un material a otro tanto en tamaño como en forma dependiendo del tamaño de los átomos y del tipo de enlace entre ellos. Gracias por su Atención
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