investigación-Estructura-Cristalina

8/16/2019 investigación-Estructura-Cristalina

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Av. Instituto Tecnológico Km. 3.5. Colonia Yocnajab, El Rosario. C.P. 30000Comitán, Chiapas. Tels. 963 63 2 62 70, 963 63 2 25 17, e- mail:

[email protected] www.itcomitan.edu.mx

OMITAN

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO

Instituto Tecnológico de Comitán

CARRERA:

Ingeniería IndustrialESPECIALIDAD:

Manufactura Y Logística

ASIGNATURA:

Propiedad De Los Materiales

TEMA:

Investigación

ASESOR:

Ing. Jesús Iván Ramos Montiel

PRESENTA:

Yolanda Yareni Méndez Espinosa

Brayan Alexis Gamboa Gordillo

Juan José Pérez Vásquez

NO. DE CONTROL:

A15700514

SEMESTRE:

Segundo Semestre

SAN FRANCISCO PUJILTIC; MUNICIPIO DE V. CARRANZA,CHIAPAS, 25 DE MAYO DE 2016.


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INTRODUCCION

Las estructuras cristalinas pueden ser fácilmente descritas mediante la llamadaceldilla unidad, que es la menor unidad que, por repetición indefinida en las tresdirecciones del espacio.

Además cualquier sólido cristalino puede ser adscrito a uno de los siete sistemasde ejes cristalográficos o sistemas cristalinos.

La selección apropiada de los materiales es de gran importancia para losindustriales. La ingeniería es un puente entre la ciencia y la sociedad, y el papeldel ingeniero consiste en aplicar los últimos descubrimientos científicos para lasolución de problemas.

Los técnicos e ingenieros no pueden llegar a conocer la totalidad de laspropiedades de los materiales en sus numerosas formas.


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ESTRUCTURAS CRISTALINAS

La estructura cristalina es la forma sólidos de cómo se ordenan y empaquetan losátomos, moléculas, o iones. Estos son empaquetados de manera ordenada y conpatrones de repetición que se extienden en las tres dimensiones del espacio. Lacristalografía es el estudio científico de los cristales y su formación.

Son granos pequeños y no son observables claramente. En minerales traslucidosse pueden apreciar mejor.

Ejemplos: celestita (SrSO4) pirita(FeS2) amatista(SIO2)para modificar.

LAS CELDAS ESPECIALES Y LA CELDA UN ITARIA

En los materiales cristalinos, las partículas componentes muestran unordenamiento regular que da como resultado un patrón que se repite en las tresdimensiones del espacio, y a lo largo de muchas distancias atómicas. Los sólidoscristalinos poseen internamente un orden de largo alcance. La situación en uncristal es tal que el entorno de un determinado tipo de átomo siempre es el mismo(los mismos átomos vecinos y a idénticas distancias).

Ejemplos: metales aleaciones y algunos materiales cerámicos


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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 tresdimensiones del espacio. Se habla de un orden local o de corto alcance.c aquípara modificar.

SISTEMAS CRISTALINOS Y REDES BRAVAIS

Se necesitan siete tipos diferentes de celdas unitarias para crear todas lasredes.

Cuatro tipos básicos:

· Sencilla

· Centrada en el cuerpo

· Centrada en las caras


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· Centrada en las bases

En el sistema cubico hay tres tipos de celdas unitarias:

· cubica sencilla

· cubica centrada en el cuerpo

· cubica centrada en las caras

En el sistema ortorrómbico se encuentran las cuatro.

· Sencilla· Centrada en el cuerpo

· Centrada en las caras

· Centrada en las bases

En el sistema tetragonal solo dos. Simple Centrada en el cuerpo

CLASIFICACIÓN DE REDES ESPACIALES PARA SISTEMAS CRISTALINOSESTRUCTURA CRISTALINA CUBICA CENTRADA EN EL CUERPO (BBC)


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Estructura cristalina cubica centrada en el cuerpo (BBC)En esta celda

unidad las esferas solidas representan los centros donde los átomos estánlocalizados e indican sus posiciones relativas.

En esta celda unidad el átomo central está rodeado de ocho vecinos máscercanos y se dice que tiene por lo tanto un número de coordinación de 8.Cada una de estas celdas unidad tiene el equivalente de dos átomos porcelda unidad. Para modificar.

Las esferas representan los puntos en donde están colocados los átomos eindican claramente sus posiciones relativas.

Se encuentra rodeada de ocho vecinos próximos, cada una de estas celdastiene el equivalente a dos átomos por celda unitaria.

ESTRUCTURA CRISTALINA CUBICA CENTRADA EN LAS CARAS (FCC)

En esta celda unitaria hay un átomo en cada vértice el cubo y uno en el centro decada cara.

Indica que los átomos de esta estructura cristalina están empleados tan juntoscómo es posible, tiene un equivalente de cuatro átomos por celda unitaria.


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ESTRUCTURA CRISTALINA HEXAGONAL COMPACTA (HCP)

Los átomos ocupan los vértices de un prisma hexagonal regular, los centros de lasbases y los centros de los triángulos alternos en que puede descomponerse lasección intermedia del prisma.

POSICIONES DEL ATOMO EN LAS CELDAS UNITARIAS

La estructura cristalina exige que muchos metales tengan un celdilla unidad degeometría cubica con los átomos localizados en los vértices del cubo y en lascaras del cubo.

A la arista del cubo, se le llama parámetro de red y es una propiedad de la celdaunitaria, el parámetro de red se simboliza por

El sistema cubico posee tres estructuras cristalinas:


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Estructura de red cubica simple (CS) Estructura cubica centrada en el cuerpo (BCC) Estructura cubica centrada en la cara (FCC)

En el interior de un sólido cristalino existe una estructura cristalina formada poruna red espacial, en cada punto de la cual se sitúa grupos de átomos idénticos encomposición y orientación.

La geometría de la red espacial debe permitir que se llene todo el espacio deátomos sin dejar huecos.

Para identificar los diferentes planos y direcciones en un cristal se usan los Índicesde Miller (para direcciones hkl)

INDICES DE MILLER

La aplicación de un conjunto de reglas conduce a la asignación de estos índices;un conjunto de números que cuantifican los cortes y que solo pueden usarse paraidentificar un plano o una superficie.

El siguiente procedimiento solo sirve para el sistema cubico:


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Paso1: identificar las intersecciones con los ejes X, Y, Z

Paso2: especificar los cortes en coordenadas fraccionarias. Las coordenadas seconvierten en fraccionarias dividiéndolas por la dimensión de la celda unidad.

Paso3: obtener los recíprocos de las coordenadas fraccionarias. Este paso finalgenera los Índices de Miller que, por convención, han de especificarse sin estarseparados por comas. Los índices se encierran entre paréntesis cuando seespecifica una única superficie.

PLANOS CRISTALOGRAFOS Y DIRECCIONES EN LAESTRUCTURA CRISTALINA Y EXAGONAL

Los índices de los planos cristalinos HCP, llamadosÍndices Miller- bravais, se indican por las letras h, k, i,l y van encerrados en paréntesis.

Estos índices se basan en el sistema de coordenadasde cuatro ejes

Planos basales:

En la celda unitaria HCP los planos basales son muyimportantes para esta celda unitaria.

PLANOS DE PRISMA


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Aplicando el mismo método las intersecciones del plano frontal del prisma de lafigura son.

Índices en dirección en las celdas HCP

En esta celdas las direcciones se indican habitualmente por cuatro índices u, v, t,w encerrados entre corchete [ ]. Los índices u, v, t son los vectores de la red enlas direcciones respectivas y el índice w es una red en el vector reticular en ladirección.

Comparación de las estructuras cristalinas FCC HCP y BCC

Estructuras FCC y HCPLas estructuras cristalinas HCP y FCC son estructuras compactas. Esto es, susátomos, se consideran aproximadamente como esferas, están empaquetados lomás justo posible de forma que se alcanza un factor de empaqueta miento de 0.74

DIRECCIONES Y PLANOS EN LAS CELDAS HEXAGONALES

1. Cálculos de la densidad volumétrica, planar y lineal de las celdas unitarias

2. Densidad volumétrica

3. Obteniendo por análisis la difracción de rayos X se obtiene un valor de ladensidad volumétrica del metal, aplicando la ecuación:

Densidad volumétrica de un metal=(masa/(celda unitaria))/volumen/(celdaunitaria)

4. Densidad atómica planar


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5. Es importante determinar la densidad atómica en varios planos cristalinos, paraello se calcula una cantidad llamada densidad atómica planar, aplicando la

relación.Densidad atómica planar = P = (número equivalente de átomos cortados por elárea seleccionada) / (área seleccionada)

6. Densidad atómica lineal

7. Es importante determinar la densidad atómica de varias direcciones en lasestructuras cristalinas, para ello se calcula una magnitud llamada densidadatómica lineal a partir de la relación:

Densidad atómica lineal = 1 = (número de diámetros atómicos cortados por la

longitud seleccionada por la línea en la dirección de interés) / (longitudseleccionada de la línea)

ANALISIS DE ESTRUCTURAS CRISTALINAS

Fuentes de rayos X

Los rayos X utilizados en la difracción son radiaciones electromagnéticas conlongitudes de onda entre 0.05 a 0.25nm.

Cuando el filamento del cátodo de volframio se calienta, se liberan electrones poremisión termoiónica y se aceleran a través del vacío debido a la gran diferencia devoltaje entre el cátodo y el ánodo aumentando su energía cinética.

Difracción de rayos X

CONDICIONES GEOMETRIICAS NECESARIAS PARA QUE SE PRODUSCANRAYOS DIFRACTADOS O REFORZADOS DE LOS RAYOS X REFORZADOS

Considere un rayo de luz monocromático que incide en un cristal.

Se sustituyen los planos cristalinos de los centros atómicos de dispersión por losplanos cristalinos que actúan como espejo reflejando el haz incidente de rayos X.


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ANALISIS POR DIFRACCION DE RAYOS X DE LAS ESTRUCTURASCRISTALINAS

Método de análisis de polvo por difracción de rayos X

En esta técnica se utiliza una muestra pulverizada de muchos cristales para quetenga lugar una orientación al azar y asegurar que algunas partículas estaránorientadas en el haz de rayos X para que cumplan las condiciones.

Condiciones de difracción para las celdas unitarias cubicas

Las técnicas de difracción de rayos X permiten determinar las estructuras de lossólidos cristalinos.

Para emplear la difracción de rayos X deberá conocerse cuales planos cristalinosson planos de difracción para cada tipo de estructura cristalina.

Materiales amorfos ( no cristalinos)

Se denominan asi porque carecen de ordenamiento de largo alcance en suestructura atómica.

Tiene una tendencia a alcanzar un estado cristalino debido a que es el estado masestable y corresponde al menor nivel de energía.

Ocupan posiciones espaciales aleatorias.

A velocidades de enfriamiento tan altas, los átomos sencillamente no tienentiempo suficiente para formar una estructuran cristalina y en lugar de ello formanun metal con estructura amorfa (desordenados).Los materiales amorfos tienenpropiedades superiores.

Los vidrios metálicos tienen mayor resistencia.Mejores características de corrosión.Propiedades magnéticas.


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Propiedades de los Materiales

Las estructuras cristalinas pueden ser facilmente descritas mediante la llamadaceldilla unidad, que es la menor unidad que, por repeticion indefinida en las tresdirecciones del espacio.

si conocemos la disposicion exacta de los átomos dentro de una celdilla unidad,conoceremos la disposicion en todo el cristal. A demas cualquier sólido cristalinopuede ser adscrito a uno de los siete sistemas de ejes cristalográficos o sistemascristalinos.

la selección apropiadda de los materiales es de gran importancia para los

industriales. la ingeniería es un puente enre la ciencia y la sociedad, y el papel delingeniero consiste en aplicar los últimos descubrimientos cientificos para lasolucion de problemas.

los técnicos e ingenieros no pueden llegar a conocer la totalidad de laspropiedades de los materiales en sus numerosas formas.

Empezaremos explicando lo que son las materias primas, los materiales, y unproducto tecnológico. Después veremos qué son las propiedades de losmateriales y por último todas las propiedades de los materiales, una a una. Al finaltienes un enlace con ejercicios para que repases con actividades sobre laspropiedades de los materiales.

Materia prima: son las sustancias que se extraen directamente de la naturaleza.Tenemos animales (la seda, pieles, etc) vegetales (madera, corcho, algodón, etc)y minerales (arcilla, arena, mármol, etc.)

Los materiales: Son las materias primas transformadas mediante procesosfísicos y/o químicos, que son utilizados para fabricar productos. Ejemplo deMateriales son los tableros de madera, el plástico, láminas de metal, etc.


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Los productos tecnológicos son ya los objetos construidos para satisfacer lasnecesidades del ser humano. Una mesa, una viga, un vestido, etc.

El proceso sería: primero se extrae la materia prima, posteriormente se convierteen un material, y con los materiales construimos el producto tecnológico.

Los Principales Materiales son:

Materiales Cerámicos: se obtienen moldeando la arcilla y sometiéndola despuésa un proceso de cocción a altas temperaturas. Son ejemplos la cerámica y laporcelana.

Materiales Plásticos: se obtienen a partir del petróleo, el gas natural, lasmaterias vegetales (como la celulosa) y las proteínas animales. El celofán, el PVCy el caucho son plásticos. Puedes saber más sobre los plásticos en esteenlace: Los Plásticos.

Materiales Metálicos : se obtienen de los minerales que forman parte de lasrocas. Son metales el hierro, el acero, el cobre, el plomo, el estaño y el aluminio,entre otros muchos. Puedes saber más sobre los materiales metálicos en esteenlace: Los Metales.

http://www.areatecnologia.com/LOS%20PLASTICOS.htmhttp://www.areatecnologia.com/LOSMETALES.htmhttp://www.areatecnologia.com/LOSMETALES.htmhttp://www.areatecnologia.com/LOS%20PLASTICOS.htm


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Maderas : se obtienen de la parte leñosa de los árboles. El abeto, el pino y elcastaño, entre otros, son especies arbóreas aprovechables que existen en lanaturaleza. Puedes saber más sobre la madera en este enlace: Madera.

Materiales Textiles: algunos se obtienen de materias primas naturales como lalana, el algodón y la seda; otros, como el nailon y la lycra son materiales plásticos.

Materiales Pétreos: se extraen de las rocas en diferentes formas, desde grandesbloques hasta arenillas. Algunos materiales pétreos son el mármol, la pizarra, elvidrio o el yeso.

Puedes saber más sobre los Materiales Textiles, Cerámicos y el Vidrio en esteenlace: Materiales Textiles, Cerámicos y el Vidrio.

Lógicamente los materiales se eligen por sus propiedades.

¿Qué son las propiedades de los materiales?

Las propiedades de los materiales son el conjunto de características que hacenque el material se comporte de una manera determinada ante estímulos externoscomo la luz, el calor, las fuerzas, etc.

http://www.areatecnologia.com/materiales/madera.htmlhttp://www.areatecnologia.com/materiales-textiles-ceramicos-vidrio/materiales-textiles-ceramicos-vidrio.htmlhttp://www.areatecnologia.com/materiales-textiles-ceramicos-vidrio/materiales-textiles-ceramicos-vidrio.htmlhttp://www.areatecnologia.com/materiales/madera.html


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Veamos las propiedades de los materiales según su clasificación.

Propiedades Eléctricas de los MaterialesDeterminan el comportamiento de un material cuando pasa por el la corriente

eléctrica.

Una propiedad eléctrica es la llamada conductividad, que es la propiedad quetienen los materiales para transmitir la corriente eléctrica. En función de ella losmateriales pueden ser:

Conductores: Lo son si permiten el paso de la corriente fácilmente por ellos

Aislantes: Lo son si no permiten fácilmente el paso de la corriente por ellos.

Semiconductores : se dicen que son semiconductores si solo permiten el paso dela corriente por ellos en determinadas condiciones. (Por ejemplo si sonconductores a partir de una temperatura determinada y por debajo de esatemperatura son aislantes).

Propiedades Mecánicas

Estas quizás son las más importantes, ya que nos describen el comportamientode los materiales cuando son sometidos a las acciones de fuerzas exteriores. Unapropiedad muy general de este tipo es la resistencia mecánica, que es laresistencia que presenta un material ante fuerzas externas. Algunas másConcretas son:

Elasticidad: propiedad de los materiales de recuperar su forma original cuandodeja de actuar sobre ellos la fuerza que los deformaba. Un material muy elástico,


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después de hacer una fuerza sobre el y deformarlo, al soltar la fuerza vuelve a suforma original. Lo contrario a esta propiedad sería la plasticidad.

Plasticidad: propiedad d los cuerpos para adquirir deformaciones permanentes.

Maleabilidad: facilidad de un material para extenderse en láminas o planchas.

Ductilidad: propiedad de un material para extenderse formando cables o hilos.

Dureza: es la resistencia que opone un material a dejarse rayar por otro. El másduro es el diamante. Los diamantes solo se pueden rayar con otro diamante. Paramedir la dureza de un material se utiliza la escala de Mohs, escala de 1 a 10,correspondiendo la dureza 10 al material más duro.

Tenacidad: es la resistencia que ofrece un material a romperse cuando esgolpeado.

Fragilidad: seria lo contrario a tenaz. Es la propiedad que tiene el cuerpo deromperse fácilmente cuando son golpeados. El metal es tenaz y el vidrio es frágil y

duro. Aquí puedes ver una escala de la dureza de los materiales llamado escala de

Mohs

http://www.areaciencias.com/geologia/diamantes.htmlhttp://www.areaciencias.com/geologia/diamantes.html


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Propiedades Térmicas

Determinan el comportamiento de los materiales frente al calor.

Conductividad térmica: es la propiedad de los materiales de transmitir el calor,produciéndose, lógicamente una sensación de frió al tocarlos. Un material puedeser buen conductor térmico o malo.

Fusibilidad: facilidad con que un material puede fundirse (pasar de líquido a solidoo viceversa).

Soldabilidad: facilidad de un material para poder soldarse consigo mismo o conotro material. Lógicamente los materiales con buena fusibilidad suelen tener buenasoldabilidad.

Dilatación: es el aumento de tamaño que experimenta un material cuando seeleva su temperatura.

Nota: Las juntas de dilatación (separación) se hacen para que al aumentar devolumen por el calor el material pueda alargarse sin curvarse.


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Propiedades Ópticas

Se ponen de manifiesto cuando la luzincida sobre el material.

Materiales opacos: no se pueden ver losobjetos a través de ellos.

Materiales transparentes: los objetos sepueden ver a través de ellos, pues dejanpasar los rayos de luz.

Materiales translúcidos: estos materialespermiten el paso de la luz, pero no dejan ver con nitidez a través de ellos. Porejemplo el papel de cebolla.

Propiedades Acústicas de los Materiales

Determinan la respuesta de los materiales ante el sonido.


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Conductividad acústica: es la propiedad de los materiales de transmitir el sonido

Decibelímetro: mide el sonido en decibelios

Propiedades Magnéticas de los Materiales

Ponen de manifiesto el comportamiento frente a determinados metales.

Magnetismo: es la capacidad de atraer a otros materiales metálicos

Propiedades Químicas de los Materiales

Se manifiestan cuando los materiales sufren una transformación debida a suinteracción con otras sustancias. El material se transforma en otro diferente(reacción química) La oxidación: es la facilidad con la que un material se oxida, es decir, reacciona encontacto con el oxigeno del aire o del agua. Los metales son los materiales quemás se oxidan. Si un material se oxida con el agua se puede decir que se corroeen lugar de se oxida.

La sustancia roja que se forma cuando se oxida el hierro se llama orín y es muytóxica. No llevarse las manos a la boca después de tocarla.


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Propiedades Ecológicas de los Materiales

Según el impacto que producen los materiales en el medio ambiente, seclasifican en:

Reciclables: son los materiales que se pueden reciclar, es decir su materialpuede ser usado para fabricar otro diferente.

Reutilizable: Se puede volver a utilizar pero para el mismo uso.

Tóxicos: estos materiales son nocivos para el medio ambiente, ya que puedenresultar venenosos para los seres vivos y contaminan el agua, el suelo o laatmósfera.

Biodegradables: son los materiales que la naturaleza tarda poco tiempo endescomponerlos de forma natural en otras sustancias.

Aquí te dejamos los símbolos que las identifican en los materiales.


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CONCLUSIÓN

En el presente informe se enunciaron las diferentes propiedades de los materialesfísicas, térmicas, eléctricas, magnéticas, químicas y mecánicas en la cual puedeestar compuesto un material. Los materiales son sustancias que, a causa de suspropiedades, resultan de utilidad para la fabricación de estructuras, maquinaria yotros productos.

Es relevante el conocimiento de las propiedades de los materiales paracomprender la forma en que responden ante agentes externos, todo esto con lafinalidad de hacer uso y manejo adecuado de los materiales utilizados en laaplicación ingenieril.


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Anexos


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Linkografía

http://www.areatecnologia.com/TUTORIALES/PROPIEDADES%20DE%20LOS%20MATERIALES.htm

http://www.spanish.cl/ciencias-naturales/materiales-propiedades.htm

http://www.portaleducativo.net/segundo-basico/741/Propiedades-de-los-materiales

http://proton.ucting.udg.mx/materias/tecnologia/cristalinas_tipicas.htm

http://www.xtal.iqfr.csic.es/Cristalografia/parte_01.html

http://www.angelfire.com/me3/mambuscay/Art5.htm

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