Naturaleza de Los Materiales
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LA NATURALEZADE LOS
MATERIALES
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Manufactura : Transformación
Estructura átomica de la materia
Enlaces entre átomos y moléculas
Como los átomos y moléculas se organizan formando estructuras
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Gases nobles
En la organización de la tabla, reconocemos:- Los elementos se ordenan horizontalmente de manera periódica aumentando de a 1 el Nºatómico.- Elementos se agrupan en familias
- Diferencias y similitudes de las propiedades físicas y químicas.- Columnas: semejanzas- A medida que descendemos en los grupos ciertas propiedades químicas aumentan o disminuyen.
- Metales / No metales / Zona de transición
Fe (Hierro): sólidoHg (mercurio) líquidoO2 (oxígeno) gaseoso
- Las diferencias y similitudes serán explicadas a partir de entender como es la estructura atómica
Grupo de Metales preciososEj: pto de fusionconductividad
Halógenos
Núcleo:Protones
+ Neutrones
Orbitales:Electrones
Nº atómico (nºprotones)
LOS ELEMENTOS
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+ Pesodisminuye la tendencia a oxidarse
En el último orbital (de valencia) posee = nº de è
Grupos
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Niquel
estaño
titanio cobre
plomoZinc
Cristales (Sales-Oxidos) Menas
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- ¿Cuales son las caracterìsticas y propiedades de los materiales que determinan su capacidad para transformarse a través de procesos diferentes? (fuerzas, temperaturas y otros parámetros físicos)MATERIA: -Unidad estructural el ATOMO-Electrones de Valencia: Nº de electrones de la capa u órbita mas externa al núcleo.
Estrucura atómica y los elementos.
Protones (+) = electrones (-)
Nº Atómico
Helio y Neón muy establesFluor es atraíble Sodio
Orbitales: son niveles energéticos.
Los elementos tienden a llegar a la configuración del gas noble mas cercano perdiendo o ganando electrones.
Molecula
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Enlaces entre átomos y moléculas
-Al combinarse átomos se forman moléculas (O2).-Los diferentes tipos de enlaces dependen del electrón de valencia
Enlaces primarios (+fuertes) -Iónico -Covalente -Metálico
- Hay transferencia de electrones- Los átomos entregan su/s electrón/es exterior/es y atraen a otro átomode otro elemento para incrementar a 8 el numero de electrones de su última capa.- Una vez completos los orbitales no hay electrones que quieran reaccionar- Se dá entre metales y no metales (grupos alejados en la tabla)
BAJA CONDUCTIVIDAD ELECTRICA Y DEFICIENTE DUCTILIDAD
Atracciones fuertes de átomos que involucran el intercambio de electrones de valencia
Sal (Cl Na)
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- Comparten electrones en las capas mas externas a fin de lograr un conjunto mas estable (ideal 8)- Se forma un orbital de enlace
Estructura tridimensional muy rígida. Nuevo orbital de energía (enlace)Gran dureza y conductividad eléctrica baja.
Enlaces entre átomos y moléculas
-Al combinarse átomos se forman moléculas (O2).-Los diferentes tipos de enlaces dependen del electrón de valencia
Enlaces primarios (+fuertes) -Iónico -Covalente -Metálico
Atracciones fuertes de átomos que involucran el intercambio de electrones de valencia
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- Metales puros y sus aleaciones- Los átomos de los elementos metalicos tienen pocos elec. en sus órbitas externas- Se comparten electrones pero no átomo con átomo.- Dado un bloque de metal, los electrones de la ultima capa se comparten è por medio de todos los átomos para formar una nube de electrones que abarca a todo el bloque- La nube proporciona las fuerzas necesarias para mantener ligado a los átomos y formar una estructura rígida y fuerte.-Libertad de los electrones de moverse dentro del metal.
-Cuando esta manera de compartir electrones se hace entre átomos vecino, la buena conductividadno se dá (ejemplo Aluminio que tiene unión covalente)
BUENA CONDUCTIVIDAD ELECTRICA Y TÉRMICABUENA DUCTILIDAD
Enlaces entre átomos y moléculas
-Al combinarse átomos se forman moléculas (O2).-Los diferentes tipos de enlaces dependen del electrón de valencia
Enlaces primarios (+fuertes) -Iónico -Covalente -Metálico
Atracciones fuertes de átomos que involucran el intercambio de electrones de valencia
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-Al combinarse átomos se forman moléculas (O2).-Los diferentes tipos de enlaces dependen del electrón de valencia
- Molécula formada por 2 átomos con carga eléctrica igual y opuesta.- Cada molécula individual forma un dipolo (se agrupa direccionalmente la carga)- Eléctricamente la molécula queda balanceada (neutro).- Dependiendo de la orientación del dipolo de la molécula atraerá a otra molécula.
Enlaces secundarios -Fuerzas dipolares -Fuerzas de London -Enlace de hidrógeno
Enlaces primarios (+fuertes) -Iónico -Covalente -Metálico
No involucran fuerzas de atracción entre átomos sino entre moléculasNo hay intercambio de elect. (son mas débiles)
al perder electronesqueda positivo
al ganar un electronequeda negativo
Enlaces entre átomos y moléculas
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- Atracción entre moléculas no polares: No se forman dipolos- Debido al rápido movimiento de los electrones en la orbita alrededor de la molécula, cuando quedanposicionados se forman dipolos temporales.
Enlaces primarios (+fuertes) -Iónico -Covalente -Metálico
Enlaces entre átomos y moléculas-Al combinarse átomos se forman moléculas (O2).-Los diferentes tipos de enlaces dependen del electrón de valencia
Enlaces secundarios -Fuerzas dipolares -Fuerzas de London -Enlace de hidrógeno
No involucran fuerzas de atracción entre átomos sino entre moléculasNo hay intercambio de elect. (son mas débiles)
Enlaces entre átomos y moléculas
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-Sucede en moléculas con átomos de H ligados de forma covalente con otro átomo.- Son muy fuertes porque la estructura molecular hace que los è queden sectorizados en el espacio. - Ej: POLIMEROS
O
H H
O
H H
H2O Hg+
-
Enlaces primarios (+fuertes) -Iónico -Covalente -Metálico
H2O
+ -
Enlaces entre átomos y moléculas-Al combinarse átomos se forman moléculas (O2).-Los diferentes tipos de enlaces dependen del electrón de valencia
Enlaces secundarios -Fuerzas dipolares -Fuerzas de London -Enlace de hidrógeno
No involucran fuerzas de atracción entre átomos sino entre moléculasNo hay intercambio de elect. (son mas débiles)
Enlaces entre átomos y moléculas
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Estructuras no cristalinas AMORFAS
VIDRIOPOLIMEROS
CAUCHO
Estructuras CRISTALINAS
METALESCERÁMICASPOLIMEROS
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Estructuras cristalinas
-Cuando un material solidifica a patir de un estado de fusión o líquido (ej procesos de fundición) tiende a compactarse y comprimirse. - A veces estos sucede en una estructura ordenada y otras veces no.- Es característico en metales, cerámicas y polímeros.- Estructura cristalina:
-Los átomos se localizan en posiciones regulares y ordenadas tridimensionalmente.
-Se configura un Patrón: CELDA UNITARIA (agrupamiento geométrico básico que se repite de los átomos).
cerámicasMetales Polímeros
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½
+ -
La deformación en cristales metálicos
Direcciones de deslizamiento
Esfuerzos dedeformación
Estructura cistalina de los metales a temperatura ambiente
Cromo (Cr)Hierro (Fe)Molibdeno (Mo)Tantalio (Ta)Tungsteno (W)
Aluminio (Al)Cobre (Cu)Oro (Au)Plomo (Pb)Plata (Ag)Niquel (Ni)
Magnesio (Mg)Titanio (Ti)Zinc (Zn)
½
+-
Cúbica centrada en las caras
Cúbica centrada en el centro
Hexagonal de empaque-tamiento compacto
A temperaturas elevadas las tres estructurasse hacen mas ductilies
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Estructuras cristalinas
Celda unitaria Grano
En un bloque dado de metal hay millones de cristales individuales ordenados: GRANOS- Cada uno tiene una orientación de red única.- En forma colectiva se orientan aleatoriamente dentro del bloque. (estructura POLICRISTALINA)
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Estructuras cristalinas
Imperfecciones en cristales
- Cuando el material interrumpe la repetición ordenada de la celda unitaria.- A veces se generan imperfecciones intencionalmente durante el proceso de manufactura. Aleación.- Son desviaciones en el patrón regular de la estructura de red cristalina.Ejemplo:Limite de grano de los metales *Aleaciones para mejorar las propiedades de un metal.
1- Defectos puntuales 2- Defectos lineales3- Defectos superficiales
- Involucran 1 solo átomo de la estructura o varios de ellos
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Estructuras cristalinas
Imperfecciones en cristales
- Cuando el material interrumpe la repetición ordenada de la celda unitaria.- A veces se generan imperfecciones intencionalmente durante el proceso de manufactura
Ejemplo:Limite de grano de los metales *Aleaciones para mejorar las propiedades de un metal.
- Es un grupo conectado de defectos puntuales que forman una línea en la estructura de red.1- Defectos puntuales 2- Defectos lineales3- Defectos superficiales
Dislocaciones
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Estructuras cristalinas
Imperfecciones en cristales
- Cuando el material interrumpe la repetición ordenada de la celda unitaria.- A veces se generan imperfecciones intencionalmente durante el proceso de manufactura
Ejemplo:Limite de grano de los metales *Aleaciones para mejorar las propiedades de un metal.
- Imperfecciones que se extienden en dos direcciones para formar una frontera- Ej: límites de gano*
1- Defectos puntuales 2- Defectos lineales3- Defectos superficiales
Surgen durante la solididficación
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Ante un bloque liquido de metal:
-Partimos de millones de celdas unitarias aleatoriamente organizas en el líquido.
-Cuando el bloque se enfría y comienza a solidificarse ocurre la formación de núcleos de cristales individuales en posiciones y orientaciones aleatorias a través del líquido -Durante un tiempo corto crecen hasta interferir unos con otros, generando un defecto superficial (límite de grano).
-Esta interferencia genera una zona de transición, quizá con espesor de unos pocos átomos, en la que los átomos no están alineados con ningún grano.
Granos y límete de granos:
limite de grano Grano
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Estructura característica de los granos en un fundido de metal puro,en la que se ilustran los granos de tamaño pequeño orientados al azar cerca de la pared del molde, y granos grandes alargados orientados hacia el centro fundido.
- En el proceso de fundición, la formación de núcleos es frecuente que se generen por las paredes frías del molde.
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Tamaño de granos:- depende del número de formaciones de límite de granos (a + formaciones de límites + número de granos)- tiene relación inversa con la rapidez de enfriamiento (enfriamiento mas rápido=grano menor)- tiene importancia, ya que afecta las propiedades mecánicas (menor tamaño=mejora resistencia /mejora la ductilidad en la deformación y la superficie en la terminación) Los límites de granos - representan imperfecciones en la estructura cristalina que interrumpen el movimiento continuo de las dislocaciones- influyen en las propiedades mecánicas.- a menor tamaño de granos (por lo tanto mas cantidad de granos y de sus límites) incrementa la resistencia del metal.- contribuyen a que, a medida que se deforme el metal se haga mas fuerte.
Granos y límete de granos:
Enfriado enH2O
Enfriado a temp. ambiente Enfriado en aceite
limite de grano
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- Cuando un cristal se somete a fuerzas mecánicas que se incrementan gradualmente su respuesta inicial es deformarse de modo elástico.
- Deformación elástica: alargamiento de la estructura de red sin que haya cambios en la posición de los átomos de la red.
Si se elimina la fuerza la red vuelve a su estado original.
La deformación en cristales metálicos
-Deformación plástica: Si el esfuerzo supera el nivel elástico (valor alto en relación con las fuerzas electrostáticas que mantienen a los átomos) se produce un cambio permanente en la forma.- Se establece un nuevo equilibrio en la red.
- Deformación elástica:
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La deformación en cristales metálicos
Deslizamiento- Implica el movimiento de los átomos en los lados opuestos de un plano de red. -No ocurre simultáneamente en todos los átomos (distorsión progresiva / requiere menos energía)-El plano de deslizamiento debe estar alineado a la estructura de red.-El Nº de direcciones de deslizamiento dependerá del tipo de red
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La deformación en cristales metálicos
Dislocación
-Hay ciertas direcciones preferentes por las cuales es mas probable que ocurra el deslizamiento (ej: dislocaciones)- En las dislocaciones se requiere menos energía y los desplazamientos son menores que en las zonas ordenadas- Representan una situación benéfica y perjudicial. - Debido a ellas el material es mas dúctil y alcanza fácilmente la deformación plástica; pero no es tan fuerte como si no las tuviera.
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Estructuras no cristalinas AMORFASEj: líquidos y gases.Un metal pierde su estructura cristalina cuando se funde.Materiales no cristalinos en estado sólido: AMORFOS ej: Vidrio, Plásticos y caucho.
Se diferencian de los materiales cristalinos por:- Ausencia de orden en la estructura molecular
- Diferencias entre las características de fusión y expansión térmica
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Cambio característico de volumen para una estructura cristalina(ej.metal puro),
en comparación con los mismos cambios voluméttricos del vidrio (estructura no cristalina)
Estructuras no cristalinas AMORFAS
Expansión / ContracciónTérmica diferentespendientes
Si la velocidad de enfriamiento es baja la sustancia cristalizará a la temp. de fusión
![Page 28: Naturaleza de Los Materiales](https://reader033.fdocuments.co/reader033/viewer/2022042821/563db8e5550346aa9a97f8f0/html5/thumbnails/28.jpg)
Estructuras no cristalinas AMORFASIntervalo de Transformación
- VISCOCIDAD: Fuerza que se opone al libre movimiento de una capa con respecto a otra adyacente.
- Cuanto menor es la velocidad de enfriamiento menor es el valor Tg- Los valores de la viscocidad a distintas temperaturas determinan las caracteristicas de la operaciones y los equipos.
Si la velocidad de enfriamiento es alta lasustancia no cristalizará.
Aumento de viscocidad
Temp. de transición vítrea
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Metales
Polímeros
Cerámicos
CompuestosMetal-Cerámicos
CompuestosMetal-Polímeros
CompuestosCerámicos-Polímeros
Vidrios
MADERAS
EnlacesEstructuraPropiedades
?
TermoplásticosTermoestablesElastómeros
COMPUESTOS
![Page 30: Naturaleza de Los Materiales](https://reader033.fdocuments.co/reader033/viewer/2022042821/563db8e5550346aa9a97f8f0/html5/thumbnails/30.jpg)