Propiedades químicas de los materiales

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Cúbica Simple, CS Los átomos se tocan a lo largo de la arista del cubo.

Cúbica centrada en las caras, FCC Los átomos se tocan a lo largo de la diagonal de la cara del cubo.

Cúbica centrada en el cuerpo, BCC Los átomos se tocan a lo largo de la diagonal interna del cubo.

Materiales Metálicos En esta clasificación se encuentran los metales puros y sus aleaciones

Cerámicos Son materiales inorgánicos constituidos por elementos metálicos y no-metálicos cohesionados químicamente.

Polímeros Normalmente, se obtienen uniendo moléculas orgánicas para formar cadenas o redes moleculares gigantes.Sus principales propiedades son: • Alta resistencia eléctrica y térmica. • Buena relación resistencia/peso. • Bajas densidades (livianos). • Extraordinaria flexibilidad. • Alta resistencia a la corrosión. • No soportan altas temperaturas.La polimerización corresponde a las reacciones químicas que se producen cuando moléculas simples llamadas monómeros, se unen entre sí para producir moléculas más largas y complejas.

Termoplásticos Se obtienen de compuestos derivados del petróleo. Se ablandan al calentarlos y recobran su rigidez al enfriarse, manteniendo la forma dada.

Termoestable Se obtienen de descompuestos derivados del petróleo. Al someterlos al calor, se ablandan o se funden al principio, pero después se endurecen para convertirse en materiales duros permanentemente rígidos, sin poder darles una nueva forma.

Elastómeros Son polímeros con pocos enlaces cruzados que pueden experimentar grandes deformaciones (hasta 200%) pero regresan a sus dimensiones originales cuando se retira la carga.

Materiales Compuestos Conjunto de materiales obtenidos por la mezcla entre materiales individuales físicamente distintos y separables mecánicamente (metales, cerámicos, polímeros), con el objetivo de alcanzar la mejor combinación de las carácterísticas de cada componente.

Materiales Semiconductores También llamados materiales electrónicos. Son materiales cuya conductividad eléctrica está comprendida entre la de los aislantes y la de los conductores.Intrínsecos Semiconductores puros, cuya conductividad eléctrica está determinada por sus propiedades conductoras inherentes. Ejemplo: Si y Ge. Extrínsecos Semiconductores con pequeñas cantidades de impurezas cuidadosamente controladas. Variando su composición química puede modificarse su conductividad eléctrica, según su uso. Ejemplo: dopar Si con: B, Ga, In, P, As, Sb

Efectos ambientales en el comportamiento de los materiales • Temperatura • Humedad • Corrosión • Radiación • Carga • Otros

 Temperatura Los cambios en la temperatura pueden causar alteraciones considerables de las propiedades de los materiales, debidos principalmente a: • Reblandecimiento (La resistencia mecánica de la mayoría de los metales disminuye conforme la temperatura aumenta) • Degradación (Las temperaturas altas también pueden modificar la estructura de los materiales o provocar que algunos se fundan o carbonicen) • Fragilización (Las temperaturas muy bajas pueden causar que el metal falle por fragilidad aún cuando la carga aplicada sea baja) • Transformaciones micro-estructurales

Corrosión Deterioro de un material, como consecuencia de un ataque químico por su entorno. • Los metales son atacados por diversos agentes corrosivos, siendo degradados uniforme o selectivamente. Pueden desarrollar grietas o picaduras que conducen a falla prematura. • Los cerámicos son atacados por otros cerámicos en estado líquido. • Los polímeros pueden ser disueltos por sustancias disolventes.

Radiación La radiación nuclear puede afectar la estructura interna de todos los materiales. • En metales, polímeros y cerámicos produce cambios en las dimensiones externas, pérdida de resistencia mecánica, fragilidad, agrietamiento o alteración de propiedades físicas, dependiendo del tiempo de exposición. • En los semiconductores provoca sólo cambios en sus propiedades físicas.

 Carga El tipo de fuerza, o carga, que actúe sobre un material puede cambiar radicalmente su comportamiento. • El esfuerzo de fluencia (limite elástico) es aquel esfuerzo que separa el comportamiento elástico del plástico. Es una variable crítica para el diseño de componentes. No debe superarse en la aplicación. • Un material con alto esfuerzo de fluencia puede fallar si la carga es cíclica (fatiga) o se aplica súbitamente (impacto).

Estructura atómica Un átomo está formado por un núcleo (protones y neutrones) rodeado de electrones. • El núcleo atrae electrostáticamente a los electrones. • En un átomo existen “n” niveles energéticos, donde se ubican los electrones. Los electrones del último nivel se denominan electrones de Valencia. • La reactividad química de los elementos está determinada, en gran parte, por sus electrones de Valencia.

Tabla periódica • El desarrollo de la tabla periódica y el concepto de configuración electrónica permiten comprender cómo se forman las moléculas y los compuestos. • Gilbert Lewis propuso que los átomos se combinan para alcanzar una configuración electrónica más estable. La estabilidad máxima se logra cuando un átomo es isoelectrónico con un gas noble.

Interacción entre átomos La formación de los enlaces entre los átomos depende, fundamentalmente, de los electrones de Valencia. La distancia de equilibrio entre dos átomos se debe a un balance entre fuerzas de atracción y de repulsión.


 Enlace Metálico Atracción electrostática entre los electrones de Valencia deslocalizados y las partes centrales de átomos, cargadas positivamente. Para formar el enlace metálico, los átomos comparten los electrones de su última capa, formando una nube electrónica.

Enlace Covalente Uníón entre dos o más átomos cuando éstos comparten sus electrones de Valencia. Los átomos deben acomodarse de manera que los enlaces tengan una relación direccional (fija) entre ellos.

Enlace Iónico Es el resultado de una transferencia de electrones de Valencia desde un átomo a otro. El enlace se produce por la atracción electrostática entre especies de carga opuesta. Es un enlace no direccional.

Enlace de Van der Waals Atracción electrostática débil entre átomos o moléculas polarizadas. La atracción depende de las distribuciones asimétricas de carga positiva y negativa. Esta asimetría se conoce como dipolo.

Puente de hidrógeno Una de las propiedades únicas del agua se debe a los puentes de hidrógeno: ésta se expande al congelar. Normalmente, los sólidos se hunden en su propio líquido, sin embargo la menor densidad del hielo, con respecto al agua líquida, hace que flote.

Relación enlace, arreglo atómico y propiedades • El arreglo atómico, en conjunto con los enlaces, influyen directamente sobre las propiedades físicas, químicas y mecánicas de un determinado material.

 Arreglo Atómico Corresponde a la disposición geométrica de los átomos en el espacio y puede clasificarse en tres niveles: 1) Sin Orden: Los átomos y moléculas carecen de un arreglo ordenado.

2) Orden de Corto Alcance: es el arreglo espacial de los átomos o moléculas que se extiende sólo a los vecinos más cercanos de éstos. En los sólidos, éstas estructuras se denominan no cristalinas o amorfas

3) Orden de Largo Alcance: Los átomos o los iones en estos materiales sólidos, forman un patrón regular y repetitivo, semejante a una red en tres dimensiones. En los sólidos, éstas estructuras se denominan cristalinas.

Red Cristalina Disposición tridimensional de puntos coincidentes con las posiciones de los átomos (centros). Los átomos están ordenados en un patrón periódico, de tal modo que los alrededores de cada punto de la red son idénticos.

Celda Unitaria Es el agrupamiento más pequeño de átomos que conserva la geometría de la estructura cristalina, y que al apilarse en unidades repetitivas forma un cristal con dicha estructura (subdivisión de una red que conserva las carácterísticas generales de toda la red) .


 Parámetro de red Describen el tamaño y la forma de la celda unitaria, incluyen las dimensiones de las aristas de la celda unitaria y los ángulos entre estas.

Estructura Cristalina El tamaño, forma y organización de los átomos en la red, determinan una estructura cristalina

Orden de largo alcance (cristal): En los materiales cristalinos, las partículas muestran un ordenamiento regular que da como resultado un patrón que se repite en las tres dimensiones del espacio, y a lo largo de muchas distancias atómicas. Orden de corto alcance (amorfo): En los materiales amorfos, los átomos siguen un ordenamiento muy localizado, restringido a pocas distancias atómicas y que, por tanto, no se repite en las tres dimensiones del espacio.

Modelo de las esferas rígidas Se consideran los átomos (o iones) como esferas sólidas con diámetros bien definidos. Las esferas representan átomos macizos.

En la celda unitaria, las direcciones a lo largo de las cuales los átomos están en contacto continuo son direcciones de empaquetamiento compacto. En las estructuras simples, se utilizan estas direcciones para calcular la relación entre el tamaño aparente del átomo y el tamaño de la celda unitaria.

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