1 Estructura y Propiedades de los Materiales

2 Introducción Tipos de Materiales Metales Cerámicos PolímetrosComponsitos (Materiales compuestos) Semiconductores

3 Metales Propiedades Básicas Tienen alta resistencia Forman AleacionesPueden ser deformados o moldeados Pueden Tratarse térmicamente Son buenos conductores Son Cristalinos Se combinan con no metales

4 Cerámicos Son una combinación de metales con no metales generalmente o no metales con no metales Son materiales aislantes Resisten altas temperaturas Son aislantes, Frágiles relativamente Son menos pesados que los metales Pueden ser opacos o transparentes

5 Ejemplos de Cerámicas Silicato de aluminio Carburo de SilicioOxido de aluminio (Alumina) Oxido de Magnesio (Magnesita)

6 Polímeros Son materiales sintéticos Son muy moldeables (Plásticos)Están formados por la combinación de unidades llamadas “Monomeros” Se forman por un numero bien limitado de elementos, C, H, O (Acrílicos), N (Nylon),F (Fluoroplasticos) y Si (Silicones)

7 Compositos Son una combinación de metales, cerámicos y polímeros, generalmente Las propiedades de cada componente que los forman,se mantienen pero al mezclarse sus propiedades son superiores al de cada componente por separado Forman mezclas, ya que no se lleva una reacción química ni forman otro compuesto

8 Fibra de Vidrio Concreto Madera

9 Semiconductores Propiedades BásicasCircuitos electrónicos de una computadora Conductividad controlada por presencia de impurezas (dopantes) Se pueden combinar entre si para generar propiedades electrónicas y ópticas Son una base de la tecnología opto-electrónica -láser, detectores, circuitos integrados, celdas solares, etc.

10 estructura y Propiedadeslas propiedades de los materiales dependen: De su estructura atómica De su micro estructura (Arreglo cristalino)

11 Estructura del aluminio, fcc

12 Estructura del Magnesio, Hexagonal

13 Enlace Atómico Porque estudiar la estructura atómica:Las propiedades macroscópicas de los materiales dependen del tipo de enlace entre los átomos El tipo de enlace depende fundamentalmente de los electrones

14 Los electrones son influenciados por los protones y neutrones que forman el núcleo atómicoLos protones y neutrones caracterizan químicamente a los elementos y sus isótopos.

15 Estructura Atómica Unida de Masa Atómica En una uma gramo tenemos:Contenido del Núcleo Protones, dan el No. Atómico Neutrones, igual al No. Atómico Estructura Atómica Unida de Masa Atómica En una uma gramo tenemos: Prácticamente toda la masa de un átomo esta en el núcleo Electrones que son los Responsables del enlace atómico Electrones que giran alrededor del núcleo en niveles de energía discretos (Números quánticos)

16 Estructura Atómica Electrones Núcleo Neutrotes Protones                                                            Estructura Atómica Electrones Núcleo Neutrotes Protones Np = Ne = Numero Atómico

17 Cúbico Centrado en el Cuerpo (bcc)Cúbico Simple

18 Cúbico Centrado en las Caras (fcc)Hexagonal

19 Cúbico Centrado en las Caras (fcc)

20 Estructura abierta/Cubica centrada en el cuerpo (bcc)Los átomos tienen un empaquetamiento menos compacto en esta estructura El arreglo básico de los átomos en cada capa es diferente al de la estructura compacta. Primera Capa Segunda Capa Tercera Capa

21 Vista Explotada de la estructura bccPrimera Capa Segunda Capa Tercera Capa

22 Vista Explotada de la fcc / ccp

23 Celda Unitaria de fcc / ccp

24 Hueco Tetrahedral Hay 8 Huecos tetrahedrales en la celda unitaria fcc.

25 Hueco Octahedral Hueco Octahedral

26 ¿Cuantas esferas podrían rodear este hueco?

27 Hueco Octahedral

28 Cristales ionicos, cristal de Cloruro de Sodio, estructura de la salSuponga que el Cl- ocupa la posición de en una estructura fcc, cual es la posición que tomarían los átomos de Na+?

29 Cristal iónico Gigante de Sodio-Estructura de la salEl ión Sodio es mas grande que el hueco Octahedral, The sodium ion is larger than the octahedral hole, este empuja hacia afuera al ión de Cloro de tal manera que los iones de Cloro no pueden tocarse uno a otro, solo el Na+ toal al Cl-. ¿Cuantos Cl- tocan al ión Na 6:Coordinación 6

30 Esteqiometría del Cloruro de SodioNumero de Cl- en una celda unitaria: En las aristas (Esquinas) del cubo: 1/8 x 8 = 1 En las caras: ½ x 6 = 3 Numero de Na+ en una celda unitaria: Estre los atomos de Cl : ¼ x 12 = 3 En el centro: 1 x 1 = 1 Su relación mas simple es 1 : 1

31 Estructura del Sulfuro Zinc - Zinc blenda¿Que posición toma el Ión Sulfuro? La posición de los atomos en una celda unitaria con estructura fcc. ¿Que posiciones toman los Iónes de Zinc? A la mitad de los huecos tetrahedrales hechos por el ión sulfuro. Zn2+

32 Estructura del Sulfuro Zinc - Zinc blendaEl numero de coordinación del ión Zn2+ es: 4 Para completar S2-, este juega dos/ocho diferentes papeles en la celda: El numero de Coordinación del S2- es: 4 Coordinación 4 : 4 Zn2+

33 Estequiometría del Sulfuro de ZincNumero de S2- en una celda unitaria: En las aristas: 1/8 x 8 = 1 En las caras: ½ x 6 = 3 Numero de Zn2+ en una celda unitaria: Dentro de la celda: 1 x 4 = 4 Su relación mas simple es 1 : 1 Su formula es: ZnS Zn2+

34 Coordinación 4:4 / 6:6 El numero de coordinación mas alto tiene como resultado mayores energías más altas en la celda unitaria, por lo tanto los componentes iónicos podrían adoptar una estructura con un numero de coordinación mas grande. Supongamos que los componentes adoptan la coordinación 6:6, los cationes podrían tratar de accesar a los huecos octahedrales de la celda fcc. cation

35 Coordinación 4:4 / 6:6 Como el ión Sulfuro tiene un tamaño mucho mas grande que el ión de Zinc, este no puede adoptar la coordinación 6:6. Adopta la coordinación 4 : 4 debido a que el hueco tetrahedral es mas pequeño que el hueco octahedral.

36 Estructura del Cloruro de CesioCl- ion El ión Cs+ es mucho mas grande que el Na+, y puede adoptar una estructura con un numero de coordinación mas grande (ocupando un hueco con un tamaño mayor que el hueco octahedral).

37 Estequiometría del Cloruro de CesioNumero de Cl- en una celda unitaria : En las aristas: 1/8 x 8 = 1 Numero de Cs+ en una celda unitaria: En el centro: 1 x 1 = 1 Relación estequiometrica = 1 : 1 Su formula es: CsCl

38 Monoclínico centrado en las bases Tetragonal simple Monoclínico SimpleTetragonal centrado en las caras Tetragonal centrado en las bases

39 Ortorrombico centrado en el cuerpoOrtorrombico simple Ortorrombico centrado en el cuerpo Romboédrica Triclínico

40 Las redes planas rectangular centrada y rómbica son idénticasCeldas unitarias de las cinco redes planas

41 Cúbico a = b = c a = b = g = 90° Hexagonal a = b = 90° g = 90°Sistema Cristalino Parámetros de red Ángulos Celda Unitaria Cúbico a = b = c a = b = g = 90° Hexagonal a = b = 90° g = 90° a = b = c Monoclínico a = b = c a = g = 90°= b Ortorrómbico a = b = c a = g = b = 90°

42 a = g = b = 90° a = b = c a = g = b = 90° a = b = c a = g = b = 90°Sistema Cristalino Parámetros de red Ángulos Celda Unitaria Romboédrico a = b = c a = g = b = 90° Tetragonal a = g = b = 90° a = b = c Triclínico a = b = c a = g = b = 90°

43 Ordenamiento atómico bidimensionalCelda Unitaria Ordenamiento atómico bidimensional

44

45

46 Diamante (carbono puro)Pirita (sulfuro de hierro) Escapolita (silicato de Al ...)

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48 Modelo atómico en un material ordenado (cristal) Modelo atómico de un vidrio

49 Estructura cristalina de un material inorgánico: el alfa-cuarzo

50 Diamante, con estructura muy compacta

51 Grafito, con estructura atómica en láminas

52 Estructura dendrítica

53 Microestructura de Cobre Extruido

54 Microestructura de Cobre Vaciado (as Cast) Cu 99.90

55 Microestructura de un acero recocido

56 Microestructura de un acero templado