09/04/2015

ESTRUCTURAS CRISTALINAS

Toc*jS los ijgofc; rcctc-i

M S C . I N G . T U L I A J A V E G U T I E R R E Z

PREGUNTO? E S E L S I L I C I O A M O R F O Y E N Q U E SE D I F E R E N C I A D E L S I L I C I O C O N Q U E SE H A C E N L O S C H I P S D E C O M P U T A D O R A S ?

C O M O F U N C I O N A N L O S S E N S O R E S D E O X I G E N O E N L O S A U T O M O V I L E S ?

Q U E S O N L O S CRISTALES L I Q U I D O S ?

C O M O SE P U E D E C A L C U L A R L A D E N S I D A D D E D I V E R S O S M A T E R I A L E S ?

1

.^-^TROCf U RTEKT STi

A m o r f a C r i s t a l i n a

ESTRUCTURA AMORFA

' Sus partculas presentan atracciones lo suficientemente fiiettes para impedir que la sustancia fluya, obteniendo un slido rgido y con cierta dureza,

- No presentan arreglo interno ordenado sino que sus partculas se agregan al azar.

'Se ablandan dentro de un amplio rango de temperaturay luegoftindenosedescomponen,

* Ejemplos; Asfalto, Parafina, Ceras, Vidrios, algunos polmeros, algunos cermicos,

^CTDRCRISTALINA

* Presentan un arreglo interno ordenado, basado en minsculos cristales indi\'iduab cada uno con una ornia

geomtrica determinada, * Los cristales se obtienen como consecuencia de la repeticin ordenada yconstantede las unidades estructurales (tomos, molculas, iones)

Alromperseseobtienencarasyplanosbiendefinidos, > Presentan puntos de fusin definidos, al calentarlos

sulicientemenie e! cambiode fase ocurre de una manera abrupta.

* Ejemplos;NaCl,Sacarosa,Salesen general, Metales, Algunos polmeros, Algunos cermicos,

r /i AT E RIA L E S Y t S T R U C T U R A

Aiieglo-.. j.)eriodi i n . i

SIN ORDEN S O N G A S E S M O N O A T O M I C O S ( A r ) P L A S M A Q U E

S E F O R M A E N L O S T U B O S D E L U Z F L U O R E C E N T E , L O S A T O M O S E I O N E S N O T I E N E N A R R E G L O O R D E N A D O .

E S T O S M A T E R L \ L E S L L E N A N T O D O E L E S P A C I O D I S P O N O B L E

E J E M P L O : L O S G A S E S N O B L E S

ORDEN DE CORTO ALCANCE(SRO) U N M A T E R L \ T I E N E O R D E N D E C O R T O A L C A N C E

S H O R T R A N G E O R D E R ^f^^'^''^ c^a^u) S I E L A R R E G L O E S P A C L \ D E L O S A T O M O S S E

E X T I E N D E A S U V E C I N D A D I N M E D L \ T A . E J E M P L O : A g u a h i e r v e a iooC.

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O R D E N D E L A R G O A L C A N C E ( L R O ) L O N G R A N G E O R D E R . la mayora de los metales y aleaciones, los

semiconductores, los cermicos y algunos polmeros tiene estructura cristalina regular y repetitivo semejante a una red en 3 dimensiones a estos materiales se les llama " MATERIALES CRISTALINOS"

Si un material cristalino esta formado por un solo cristal grande se llama " MATERIALES MONOCRISTALINOS O MONOCRISTAL"

CRISTALES LIQUIDOS Son materiales polimricos que tienen un orden

especial, Los polmeros del cristal liquido se comportan como

materiales amorfos( lquidos) si se le aplica un estimulo externo como un campo elctrico o cambio de temperatura, algunas molculas del polmero se alinean y forman pequeas regiones que son cristalinas de ah el nombre de " CRISTALES LIQUIDOS.

Esta tecnologa se aplica a las pantallas DE CRISTAL liquido (LCD)

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R e d e s , C e i d a s U n i t a r i a s / B a s e s y E s t r u c t u r a s C r i s t a l i n a s

Red - Es una coleccin de puntos (puntos de red) ordenados en un patrn peridico.

Celda unitaria - Una-subdivisin de una red que sigue conservando las caractersticas generales de la red.

Parmetro de red - describen el tamao y la forma de la celda unitaria (aristas y ngulos).

C e d a U n i t a r i a

El cristal individual es llamado celda unitaria, est formado por la repeticin de ocho tomos.

El cristal se puede representar mediante puntos en los centros de esos tomos.

Celda unitarav

i) W'aallatticts.

Cuhic

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Definicin de ;|0S -parmetros.

deredysu ai)licadnen los sistema cristnos cijico, ortotrmba) hexgono

h 8 OhAiniliie lIcMgonal

R e d C r i s t a l i n a

Ordenamiento espacia! de tomos y molculas que se repite sistemticamente hasta formar un Crista!

7

* ; I. , r r %

ft, -

^

^ * ^ '

s ^

S I S T E M A S C R I S T A L I N O S

cbico .'>sencilla

tetraqonoi ortormbica sencina ;encilla

4 1 4 ^ monoclinicc sencillo _ ,

hexoqonol triclnica

rombodrico

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1 Ji

T a b l a I L o s s i e t e s s l e n ^ s cristainos

StSJoma j EJomcnlo Rod oo Bravas Caractoristicas cto tCaractcristco co la cclOa Ur.jlaria

. Simcifa TricSintco Ninguno ST!p

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METALICAS La mayora de los metales ( casi el 90 % )

cristaliza al solidificarse en tres estructuras: CUBICA SIMPLE (SC) Cubica centrada en el cuerpo (BCC) Cubica centrada en las caras ( FCC) Hexagonal compacta ( HCP)

FACTOR DE EMPAQUETAMIENTO -^'cnzt

E s t r u c t u r a C b i c a C e n t r a d a e n e l c u e r p o ( B C C Body C e n t e r e a C u b i c )

Diagonales del cubo > direcciones de alta densidad Nota: Todos los tomos son idnticos, el tomo central es dibujado

diferente slo para verlo mejor.

N m e r o de c o o r d i n a c i n = 8

Adopted from Fig. 3.2,

'

E S T R U C T U R A B C C

E j e m p l o : C i . \ \ ' , F e (ex). T a i i r a l i o . M o l i b d e n o

* N m e r o tie C o o r d i a c i i i = 8

2. t o i s i o s / c e l d a : i c e i i t x o -i- 8 e s < i u m a s x

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FE - E S T R U C T U R A B C C

Direcciones compactas Longitud = 4R = (^o

tomos volumen

tomo FE BCC = o.'.S U I K '

-O

\ 0 ' '

C u b i c a C e n t r a d a e n l a s C a r a s ( F C C )

Las diagonales de las caras son las direcciones de alta densidad.

# de coordinacin = 12

Adaptad from Rg. 3.1(3), C3lli3ter6e.

-Nota: todos los tomos son idnticos, tienen distinto color por razones de visualizacin.

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KJ &

ESTRUCTURA FCC

i 11 . \ , M ; . N i . ' t ,

N v m i e i o d e cooidiiiaciii =, xa

f t o n i o s / c e k l a : 6 c a r a x 1/2 -- 8 e s q u i n a s x i / S

FE - E S T R U C T U R A F C C

Mayor mximo de FE

Direcciones compactas; Lou-j,itiid -- 4R ^Ji a

Celda iinitaiia: 6x1/2^ 8x1/8

- 4 aromos/celda

APF L 3 '

volumen

o 3 ^ voU

t.unos - H

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ESTRCTURAJi

ABAB... Secuencia de apilamiento

* Proyeccin 3D Proyeccin 2D

Plano int

D E N S I D A D T E O R I C A

L j : C i ( B C C ;

t o m o s ,1 1 . z 52.00

g

A - 52.00 g/mol

R - 0.125

n = 2

o. = 4R!^= 0.28S7 m u

mol

a 3 6.023x10=3

= 7.18 g/cm*

= 7.19 g/cm-'

u GJiUga-i Un

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Caractersticas d e a l g u n o s e l e m e n t o s a At. WGight Density Crystal Atomic

Element Symbol (amu) (g/cm3) Structure (nm) Aluminum Al 26.98 2.71 FCC 0.143 Argn Ar 39.95 Barium Ba 137.33 3.5 BCC 0.217 Beryltium Be 9.012 1.85 HCP 0.114 Boron B 10.81 2.34 Rhomb ^ Bromine Br 79.90 Cadmium Cd 112.41 8.65 HCP 0.149 Calcium Ca 40.08 1.55 FCC 0.197 Carbn C 12.011 2.25 Hex 0.071 Cesium Cs 132.91 1.87 BCC 0.265 Chiorine Cl 35.45 . . . . . . Chromium Cr 52,00 7.19 BCC 0.125 Cobalt Co 58.93 8.9 HCP 0.125 C o p p e r C u 6 3 . - 5 5 8 , 9 4 F C C 0 . 1 2 8 Flourine F 19.00 Gallium Ga 69.72 5.90 Ortho. 0.122 Germanium Ge 72.59 5.32 Dia. cubic 0.122 Gold Au 196.97 19.32 FCC 0.144 Helium He 4.003 Hydrogen H 1.008 C h a t

2 0 C

Adapted from Table, "Charac-tertstics of S l e c t 8 d Elementa". in3id front covr,

T A R E A D E T K S r ^

1. D E S A R R O L L A R L O S E J E C I C I O S D E L A P R A C T I C A C A L I F I C A D A N 2

-

1 7

9

U n i v e r s i d a d Csar Vaejo F a c u l t a d d e Ingeniera E s c u e l a d e Ingeniera I n d u s t r i a l

PRCTICA CALIFICADA N" 2

T E M A : S i s t e m a s c r i s t a l i n o s

1) Cul es l a d i f e r e n c i a e n t r e estmcura c r i s t a l i n a y e s t r u c t u r a atinica? ^

2 ) S i e l r a d i o atmico d e l p l o m o es 0 , 1 7 5 n m . C a l c u l e e l v o l u m e n de s u c e l d i l l a u n i d a d

e n m ^

3 ) C a l c u l e e l r a d i o de u n tomo de p a l a d i o t e n i e n d o e n c u e n t a q u e e l p a l a d i o t i e n e u n a

e s t r u c t u r a c r i s t a l i n a F C C , d e n s i d a d de 1 2 , 0 g / c m ^ 3^ ' p e s o atmico d e 1 0 6 , 4 g / m o l

4 ) E l m o l i b d e n o t i e n e u n a es t i -uc tu ra c r i s t a l i n a B C C , r a d i o atmico de 0 , 1 3 6 3 n m y

peso atmico de 9 5 , 9 4 g /m.o l . C a l c u l e y c o m p a r e s u d e n s i d a d terica c o n e l v a l o r

e x p e r i m e n t a l .

5 ) E l n i o b i o t i e n e u n r a d i o atmico de 0 , 1 4 3 0 nm y d e n s i d a d de 8 , 5 7 g / c m \e

s i l i e n e u n a e s t r u c t u r a c r i s t a l i n a F C C o B C C .

6 ) E l 3idio t i e n e u n a c e l d i l l a u n i d a d t e t r a g o n a l c u y o s parmetros de r e d a y c s o n 0 , 4 5 9

y 0 . 4 9 5 n m , r e s p e c t i v a m e n t e .

a ) S i e l f a c t o r de e m p a q u e t a m i e n t o atmico y e l r a d i o atmico s o n 0 , 6 9 3 y 0 , 1 6 5

n m r e s p e c t i v a m e n t e . D e t e r m i n e e l nmero d e tomos e n cada c e l d i l l a u n i d a d .

b ) E l p e s o atmico d e l i n d i o es 1 1 4 , 8 2 g / m o l ; c a l c u l e s u d e n s i d a d terica.

7 ) E l m a g n e s i o t i e n e u n a e s t r u c t u r a c r i s t a l i n a H C , u n a relacin de c/a de 1 ,624 y u n a

d e n s i d a d de 1,74 g / c m / . C a l c u l a r e l r a d i o atmico d e l m a g n e s i o .

8 ) L a c e l d i l l a u n i d a d d e l u r a n i o t i e n e simetra o r t o r r o m b i c a c o n parmetros de r e d a, b

y c de 0 . 2 8 6 ; 0 , 5 8 7 y 0 , 4 9 5 n m r e s p e c t i v a m e n t e . S i s u d e n s i d a d , p e s o atmico y

r a d i o atmico s o n 1 9 , 0 5 g / c m " ; 2 3 8 . 0 3 g / m o l y 0 , 1 3 8 5 n m r e s p e c t i v a m e n t e . . C a l c u l e

e l f a c t o r de e m p a q u e t a m i e n t o atmico ( F E A )

M s C . I n g . T u l i a J a v e Gutirrez 5 7 M a t e r i a l e s d e Ingeniera