1. INTRODUCCIÓN:

1.1 Estructura cristalina de los metales.

Toda sustancia puede encontrarse en tres estados de agregación: Sólido, líquido y gaseoso. Aunque se menciona en varias bibliografías un cuarto estado: Plasma donde se requieren altas temperaturas (de decenas de miles de grados), donde la sustancia gaseosa pasa a estado plasma que se caracteriza por el desarrollo del proceso de ionización, hasta llegar a la destrucción total de la capa electrónica de los átomos.

La sustancia sólida sometida a la acción de las fuerzas de la gravedad conserva su forma, mientras que la líquida se extiende y toma la forma del recipiente que la contiene. Esta definición es insuficiente para caracterizar el estado de la sustancia.

Así por ejemplo, el vidrio sólido, si se calienta, va ablandándose y pasa poco a poco al estado líquido. La transición inversa también será completamente suave; el vidrio líquido, a medida que se baja la temperatura se va haciendo cada vez más espeso hasta que finalmente se solidifica. En el vidrio no existe una temperatura determinada de transición del estado líquido a sólido, tampoco existen temperaturas o puntos de cambio brusco de sus propiedades. Por esto es normal considerar el vidrio "sólido" como un líquido sumamente espeso.

2 DESARROLLO:

2.1 Comparación entre los 3 estados de agregación en los metales.

En los gases no existe una distribución regular de las partículas (átomos y moléculas); sus partículas se mueven caóticamente, chocan unas con otras y el gas tiende a ocupar el mayor volumen posible.

En los sólidos existe un orden determinado, regular, de distribución de los átomos, las fuerzas de atracción y repulsión mutua están en equilibrio y el sólido conserva su forma. En los líquidos las partículas conservan únicamente el llamado orden próximo, es decir, en el espacio está distribuida regularmente una cantidad pequeña de átomos, y no los átomos de todo el volumen como en los sólidos. Esta ordenación próxima es inestable: puede aparecer o desaparecer por acción de las oscilaciones térmicas de gran energía.

Por lo tanto el estado líquido es una especie de estado intermedio entre el sólido y el gaseoso, este fenómeno se llama sublimación. La distribución regular de las partículas en el espacio caracteriza el estado cristalino. Por esto el estado cristalino y el estado sólido son sinónimos en la física.

2.2 Redes cristalinas de los metales.

Cuando los metales solidifican desde el estado fundido al estado sólido, los átomos se ordenan a si mismos de una manera peculiar para cada metal. A este arreglo se le llama red espacial. En 1912, Max Von Laue, descubrió que la disposición de las partículas (iones) en un sólido podía determinarse mediante rayos X, con esto se descubrió que: en la mayoría de los sólidos, las partículas que los componen se disponen en forma muy ordenada. Un sólido que posee sus partículas individuales dispuestas de esta manera se denomina "sólido cristalino"; los metales son sólidos cristalinos, este tipo de sólidos poseen también un punto de fusión bien definido (para el hierro, este es de 1539°C)

Estructuras reticulares

Los metales solidifican en seis estructuras reticulares principales:

1. Cúbica centrada en el cuerpo (b.c..c)2. Cúbica centrada en las caras (f.c.c.)3. Hexagonal compacto (c.p.h.)4. Cúbica5. Tetragonal centrado en el cuerpo6. Romboédrica

1

Sin embargo, la mayor parte de los metales puros en estado sólido forman una de las siguientes redes cristalinas simétricas: cúbica centrado en el cuerpo, cúbica centrada en las caras y hexagonal compacta.

La disposición mutua de los átomos en el espacio y la magnitud de las distancias entre ellos se determinan por medio del análisis estructural roentgenográfico.

La distribución de los átomos en el cristal conviene representarla por esquemas espaciales en forma de las llamadas celdillas elementales o celdillas unidad. Se entiende por celdilla elemental el menor conjunto de átomos que al repetirse muchas veces en el espacio permite reconstruir la red cristalina espacial.

2.3 Mecanismo de cristalización.

En el año 1878, D.K. Chernov, cuando estudiaba la estructura del acero fundido, indicó que el proceso de cristalización consta de dos procesos elementales. El primer proceso consiste en la formación de partículas pequeñísimas de los cristales, a las que dio el nombre de "gérmenes2 y que ahora se llaman centros o núcleos de cristalización. El segundo proceso es el de crecimiento de los cristales a partir de estos centros.

El proceso de formación de los cristales por generación de los centros de cristalización y de su crecimiento puede estudiarse valiéndose de los modelos de I.L. Mirkin. La velocidad de todo proceso de cristalización está determinada cuantitativamente por dos magnitudes: la velocidad de formación de los centros de cristalización y la velocidad de crecimiento de los cristales. Estas dos magnitudes pueden medirse para las diversas condiciones de cristalización.

2.4 Tipos principales de redes cristalinas

Las redes cristalinas nos las encontramos, obligatoriamente, en materiales cerámicos y metálicos, y con menos profusión en los orgánicos.

a) R etículo espacial de un sólido cristalino ideal. b) celda unidad con las constantes reticulares.

Celdas unitarias de las principales estructuras cristalinas metálicas: a) cúbica centrada en el cuerpo, b) cúbica centrada en las caras, y c) hexagonal compacta. El ordenamiento atómico en sólidos cristalinos puede representarse asimilando los átomos a los puntos de intersección de una red de líneas en tres dimensiones. Tal red se llama retículo espacial, y puede ser descrita como una disposición de punto tridimensionalmente infinita. Cada punto de la red espacial tiene idéntico entorno y puede ser descrito por una disposición espacial mínima denominada celda unidad,

2

Clasificación de celdas unitarias Representación de las celdas unitarias.

La celda unidad se describe por los parámetros reticulares a, b y c, y sus ángulos de orientación a, ß y g. Todas las redes cristalinas pueden encuadrarse en 14 celdas unitarias estándar que se indican en la tabla y se representan en la figura,

Por su mayor interés en materiales metálicos, se describen las celdas hexagonales y cúbicas.

2.4.1 Hexagonal compacto (HC)

 

TABLA: Estructura cristalina de los metales.

Posee una sucesión regular de planos densos del tipo ABABABA..., o BCBCB..., o CACAC... como puede observarse en la figura. Esta estructura se describe corriente-mente por su retículo unidad en el que cada punto representa el centro de la posición ocupada por un átomo. La celdilla queda descrita por los parámetros a y c. La dirección densa, situada en el plano basal, es la que pasa por el centro. El radio del átomo viene determinado en esta dirección según el modelo de esferas duras, por ra = a/2.

Con este modelo, la relación c/a debe ser 1,633, aunque con frecuencia encontramos valores aproximados que corresponden a estructuras deformadas como se observa en la tabla El número de coordinación, que se define como el número de átomos que contactan con cada uno, es en esta estructura de doce; y el número de átomos por celdilla es de seis.

2.4.2 Cúbico centrado en caras (C.C.C.)

Posee una sucesión regular de planos densos del tipo ABCABCABC... Esta sucesión, así como la descripción de la celdilla unidad, puede observarse en la figura. Esta celdilla es descrita por solo un parámetro: el lado del cubo a.

3

El número de coordinación es, igualmente al hd, de doce. La dirección densa es la de la diagonal del plano basal, y el radio del átomo viene expresado por.

El número de átomos por celdilla es cuatro.

2.4.3 Cúbico centrado (C.C.)

Esta estructura no está construida con planos densos, por lo tanto, posee menos densidad atómica que la hd y c.c.c.La representación de la celdilla unitaria se observa en la figura. Igualmente que en el c.c.c. el parámetro a, lado del cubo, define la celdilla. Su número de coordinación es solo ocho, pero en cambio tiene otros seis átomos a distancia poco mayor que la interatómica.

La dirección densa del sistema (c.c.), es la diagonal del cubo. Por tanto, el radio del átomo vendrá expresado por .

En la tabla, relacionamos los tipos de estructuras cristalinas y parámetros característicos de la celdilla unitaria correspondientes a los metales más usuales. Se observará que algunos poseen dos tipos de estructura diferentes, como es el caso del Co y Fe: corresponden a formas alotrópicas diferentes de cada metal. Se denomina alotropía a la propiedad que presentan algunos metales de existir, en estado sólido, conformando diferentes estructuras a temperaturas específicas, de modo que la transformación se realiza de forma reversible y a una temperatura definida.

2.4.4 Notaciones cristalográficas.

En una red cristalina, un plano cristalográfico es el que contiene diversos centros de átomos de la red. Puesto que la estructura cristalina se repite uniformemente en todas las direcciones, todos los planos paralelos que contengan la misma distribución de átomos corresponderán al mismo plano cristalográfico.Una forma usual de identificar los planos cristalográficos es mediante los índices de Miller, que poseen la ventaja de poderse utilizar directamente en análisis mediante rayos X. Para el caso de redes cúbicas, la determinación de los índices de Miller se realiza, de acuerdo con la figura 3.33, con el siguiente proceso:

Determinación de los índices de Miller en las redes cúbicas.

Estos números son los índices de Miller, es decir (h,k,l), y en el ejemplo es el (3, 2, 6).En definitiva, los índices de Miller de un plano cristalográfico son los menores números enteros proporcionales a los recíprocos de las intersecciones del plano a los ejes cristalográficos, expresados en unidades del parámetro respectivo.

Así, el símbolo (h,k,l) representa la totalidad de los planos paralelos, familia de planos al de los índices que hemos calculado. Si se desea indicar todos los planos cristalinos de un determinado tipo, prescindiendo de su orientación, se expresan los índices de Miller de cualquier plano de ellos encerrados en unas llaves, en la forma {h, k, l}. Este símbolo representa las familias de planos (h, k, l), (h, k, l), (h, k, l) y (h, k, l); donde h representa a -h.En la figura 3.34 se observan diversas familias de planos cristalográficos denominadas por índices de Miller.

4

Índices de Miller de diferentes planos cristalográficos en redes cúbicas.

Para definir la dirección cristalográfica se traza una línea en dicha dirección que pase por el origen. Los índices de cada dirección corresponden a los índices vectoriales expresados en unidades de parámetros reticulares, tal como se representa en la figura 3.35. Por ejemplo, en el caso de un cubo su diagonal tendrá el índice [1, 1, 1]. Todas las direcciones que contengan cualquier combinación en signo + o - de los índices de aquella dirección representan la misma dirección, pertenecientes a la misma familia. La familia de índices se representa encerrada entre los los signos < y >; por ejemplo, <1, 1, 1>.

 

Direcciones cristalográficas en celdas unitarias cúbicas

3. CONCLUSIÓN:

Es de suma importancia conocer los diferentes tipos de redes cristalinas las cuales dan forma además de describir la conductividad de los metales, conocer estos parámetros además de aplicar las fórmulas adecuadas nos ayudaran en un futuro a poder utilizar de una mejor manera los conductores que necesitamos para mejorar los diferentes circuitos eléctricos, además de conocer las diferentes propiedades o características del mismo.

Se necesita profundizar con información adicional, ya que este tema es muy extenso además de amplio. La muestra que se recolecto en la presente investigación es un abre bocas en lo que respecta a los tipos de redes cristalinas.

BIBLIOGRAFIA:

http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm03/pfcm3_3_4.htmlhttp://www.ecured.cu/Estructura_cristalina_de_los_metales

5