ARREGLO ATMICO

Ing. Daniela CruzUNIDAD 3:ORGANIZACIN ATMICACIENCIA DE MATERIALES I1OBJETIVOSConocer qu tipos de disposicin presentan los tomos en distintos materiales.Entender la diferencia entre materiales cristalinos y amorfos.Profundizar en el estudio de las estructuras cristalinas.Estudiar los siete sistemas cristalinos y las 14 redes de Bravais.Tener la capacidad de describir una estructura cristalina mediante posiciones atmicas, direcciones y planos cristalogrficos.Comprender la importancia del estudio de la organizacin atmica para tener una base en la seleccin de materiales.

CONTENIDOINTRODUCCIN

CLASIFICACIN SEGN LA DISPOSICINDesordenadaOrdenada: Corto Alcance, Largo Alcance

CELDAS UNITARIASParmetros de red.Nmero de tomos por celda unitaria.Relacin entre radio atmico y parmetros de red.Nmero de coordinacin.Factor de empaquetamiento.

PUNTOS, DIRECCIONES Y PLANOS.Coordenadas de los puntos.Direcciones en la celda unitaria.Planos en la celda unitaria.

INTRODUCCIN IMPORTANCIACuando los materiales se solidifican, en especial los metales, los tomos pueden adquirir una determinada organizacin u orden que influye en muchas de sus propiedades, especialmente las mecnicas, elctricas y qumicas.

Por ejemplo: al determinar la organizacin atmica del aluminio se puede conocer que es un material bastante dctil. TIPOS DE DISPOSICINDESORDENADA

Largo alcanceCorto alcanceORDENADADenominados: amorfos o no cristalinos.Ejemplos: mayora de polmeros como PVC, algunos cermicos como el vidrio

Denominados: materiales cristalinosEjemplos: metales, muchos cermicos y algunos polmeros

CELDA UNITARIAPodemos tener una imagen de todo un cristal si solo examinamos una pequea parte de l.

Tipos de celdas unitarias

Parmetros de redEl tamao y la forma de una celda se especifican por las longitudes de las aristas y los ngulos entre las caras.

Nmero de tomos por celdaContribucin por vrtices:

Contribucin por centro de cada lado:

Contribucin por centro de la celda:

Relacin entre radio atmico y parmetros de redEl primer paso es determinar las direcciones ms compactas.

Estructura BCC

Estructura FCC

Estructura CSNmero de CoordinacinCon un tomo por nodo, el nmero de coordinacin de las estructuras cbicas es :

Factor de EmpaquetamientoMientras mayor es el factor de empaquetamiento, mayor ser la eficiencia en la utilizacin del espacio.

PUNTOS, DIRECCIONES Y PLANOS

Familias de Direcciones

ndices de Miller

Estructura Hexagonal y Hexagonal Compacta

HEXAGONALHEXAGONALCOMPACTACELDA UNITARIALa celda unitaria tiene 1 punto reticular o nodo.En la estructura HC este punto reticular o nodo tiene asociado 2 tomos:1 tomo distribuido en las esquinas (1/8).1 tomo en el centro.120

Estructura Hexagonal y Hexagonal Compacta

HEXAGONALHEXAGONALCOMPACTACELDA UNITARIA120tomos por celda = 2

Nmero de coordinacin = 12

Factor de empaquetamiento = 0,74

Cbico simpleCbico centrado en el cuerpoEmpaquetamiento cbico compacto(Cbico centrado en las caras)Empaquetamiento hexagonal compactoSITIOS INTERSTICIALES

SITIOS INTERSTICIALES

SITIOS INTERSTICIALESEs necesario emplear este trmino cuando los materiales no estn formados por un solo tipo de tomo como los metales puros, sino que son compuestos binarios inicos en los cuales hay un in grande (generalmente anin) y un in pequeo (generalmente catin) de un tamao adecuado como para ingresar en alguno de estos sitios intersticiales.

Existen 2 tipos principales de sitios intersticiales: octadricos y tetradricos.

Sitios ocatdricosUn espacio intersticial octadrico es el que existe entre 6 tomos regulares que forman un octaedro. Cuatro tomos regulares se ubican en un plano, mientras que los otros dos estn en posicin simtrica justo arriba y abajo.Hay que recordar que los tomos son considerados como esferas que se tocan entre ellas.

Nmero de coordinacin de sitios octadricos: 6Sitios ocatdricos

Muchos xidos y sulfuros diatmicos (MgO, MgS, MnO, MnS) presentan sus aniones de oxgeno o azufre en una estructura FCC con sus cationes.Nmero de coordinacin de sitios octadricos: 6Sitios tetradricosEstos intersticios estn en el centro de un tetraedro formado por 4 tomos de red. 3 tomos que se tocan entre s, estn en un plano, mientras que el cuarto tomo est en la posicin simtrica encima de ellos.

Nmero de coordinacin de sitios teradricos: 4

Sitios octadricos y tetradricos

Deber Se sabe que el grafito est formado por tomos de carbono y que el diamente tambin est formado por tomos de carbono. Adems se sabe que el grafito es sumamente suave, mientras que el diamante es muy duro. Investigue por qu el grafito es suave y el diamante es duro an cuando los dos estn fomados por tomos de carbono.CRISTALES INICOSSe forman con elementos que mantinen un enlace inico entre s. Neutralidad elctricaCmo asegurarla ?Si los elementos del compuesto o del material tienen la misma valencia, el nmero de coordinacin para cada ion debe ser el mismo equilibrio correcto de la carga.Mediante el Nmero de Cordinacin

+2-2Nmero de coordinacin para cada ion = 4Cuando los iones se acomodan juntos en un slido, lo hacen sin una orientacin preferente, la atraccin electrosttica de cargas simtricas es independiente de la orientacin de las cargas (no direccional). El acomodamiento de los iones en un slido inico est gobernado por su posible disposicin geomtrica y la necesidad de mantener la neutralidad elctrica del slido.CRISTALES INICOSNeutralidad elctricaCmo asegurarla ?Si los elementos del compuesto tienen diferente valencia, su estructura deber asegurar que el nmero de coordinacin del catin tenga relacin directa con el nmero de coordinacin del anin y con la valencia de cada elemento.Tomando en cuenta tambin el hecho de que hay dos iones fluoruro por cada ion calcio.Mediante el Nmero de Cordinacin+2-1El nmero de coordinacin para los iones de Ca es 8, El nmero de coordinacin para los iones de F es 4,

Equilibrio correcto de la carga.Radio atmico en cristales inicos.CRISTALES INICOSNormalmente en las estructuras cristalinas inicas, son descritas con los cationes en los puntos reticulares o nodos normales, y los aniones en los sitios intersticiales.Dependiendo de la relacin de tamao entre los radios del anin y del catin, se da un empaquetamiento determinado y un nmero especfico de coordinacin.

Determine qu tipo de espacio intersticial y nmero de coordinacin se tendr para los siguientes compuestos:CRISTALES INICOSCsCl y NaClDatos:

Sitio intersticialCentro del cuboOctadricoN. coordinacin86CsClNaClDetermine qu tipo de espacio intersticial y nmero de coordinacin se tendr para los siguientes compuestos:CRISTALES INICOSCsCl y NaClDatos:Sitio intersticialCentro del cuboOctadricoN. coordinacin86

CsClNaClSon formados por el enlace covalente entre elementos de similar electronegatividad. Un tomo se enlaza con sus vecinos y estos con sus vecinos prximos. De tal manera que todo el cristal puede ser considerado como una molcula casi infinita.Una estructura tpica covalente es la del diamante. CRISTALES COVALENTESEstructura del DiamanteCada tomo de C se enlaza con otros 4 tomos en coordinacin tetradrica, controlada por la disposicin de los orbitales de enlace (direccional).Se genera una estructura FCC, con tomos de C en los vrtices y en posiciones equivalentes a , , .