3.- Arreglos atómicos y iónicos
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Arreglos atómicos y iónicos
Los arreglos atómicos y de iones desempeñan un papel importante en la determinación de la micro estructura y por tanto en las propiedades de un material.
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Clasificación de los materiales en base a su arreglo atómico o iónico
En los diferentes estados de la materia se pueden encontrar cuatro formas en que se ordenan los átomos o iones.
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Arreglos atómicos
a) Sin orden es aquel en que los átomos o iones no tienen arreglo ordenado, es el caso de los gases monoatómicos, como el argón o el plasma que se forma en un tubo de luz fluorescente, (estos materiales llenan todo el espacio que los contiene).
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Fig. 1.3.1 a) Los gases monoatómicos inertes no tienen orden. b) y c) Algunos materiales , como el vapor de agua, nitrógeno gen forma de gas, silicio amorfo y vidrios de silicato, tienen orden de corto alcance. d) Los metales, aleaciones y muchos cerámicos ,así como algunos polímeros, tienen ordenamiento regular.
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Muchos polímeros muestran también arreglos de corto alcance, por ejemplo, el polietileno está formado por cadenas de átomos de carbono con dos átomos de hidrógeno fijos a cada uno de los carbonos.
Como el carbono tiene valencia 4 y los átomos de carbono e hidrógeno están unidos con enlaces covalentes, se produce una estructura tetraédrica (fig. 1.3.2)
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Fig. 1.3.2 arreglo tetraédrico de los enlaces C-H en el polietileno.
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Orden de largo alcance
La mayoría de los metales, y aleaciones,
los semiconductores, los cerámicos y algunos polímeros tienen estructura cristalina donde los átomos o iones muestran orden de largo alcance. [ver fig. 1.3.1. (d)].
El arreglo atómico abarca escalas mucho mayores de 100mm.
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Orden de largo alcance
Los átomos o iones en estos materiales forman un patrón regular y repetitivo, semejante a una red en tres dimensiones. A estos arreglos también se les conoce como redes cristalinas y a los materiales como materiales cristalinos.
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Orden de largo alcance
Si un material esta formado por un solo cristal grande, se le llama mono cristalino o mocristal, y se utilizan en muchas aplicaciones electrónicas y ópticas. (ejemplo chips, hasta de 30 cm, de diámetro, mono cristales en forma de películas delgadas, alabes de turbinas).
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La fig. 1.3.3. Muestra un monocristal de silicio.
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Orden de largo alcance
Un material policristalino está formado por muchos cristales con diversas orientaciones en el espacio, a estos cristales más pequeños se les llaman granos.(Fig. 1.3.3)
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Fig. 1.3.4. Micrografía de un acero inoxidable policristalino en el que se observan los granos y los límites de grano.
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Cristales líquidos ( LCD)
Los cristales líquidos son materiales poliméricos que tienen un orden especial. En cierto estado los polímeros de cristal líquido se comportan como materiales amorfos (semejantes a los líquidos), sin embargo cuando se les aplica un estímulo externo (como un campo eléctrico, un cambio de temperatura), algunas moléculas de polímero se alinean y forman pequeñas regiones cristalinas.
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Estudiar el punto 3.3 Redes celdas unitarias, bases y estructuras cristalográficas en el libro Ciencia e Ingeniería de los materiales de Donald y
hacer una presentación electrónica. Consultar indicaciones en la actividad 1.4.