domingo, 30 de septiembre de 2012

UNIDAD 2. ENLACES QUIMICOS Y ESTADO SOLIDO CRISTALINO INTRODUCCION


2.16. Estado vítreo

Estado vítreo Estado de la materia caracterizada por poseer una disposición atómica que no muestra una estructura ordenada de largo alcance, como es característico del estado cristalino.
Los cuerpos en estado vítreo se caracterizan por presentar un aspecto sólido con cierta dureza y rigidez y que ante esfuerzos externos moderados se deforman de manera generalmente elástica.
Sin embargo, al igual que los líquidos, estos cuerpos son ópticamente isótropos, transparentes a la mayor parte del espectro electromagnético de radiación visible. Cuando se estudia su estructura interna a través de medios como la difracción de rayos X , da lugar a bandas de difracción difusas similares a las de los líquidos. Si se calientan, su viscosidad va disminuyendo paulatinamente, como la mayor parte de los líquidos, hasta alcanzar valores que permiten su deformación bajo la acción de la gravedad, y por ejemplo tomar la forma del recipiente que los contiene como verdaderos líquidos. No obstante, no presentan un punto claramente marcado de transición entre el estado sólido y el líquido o punto de fusión.


Todo parece indicar que los cuerpos en estado vítreo no presentan una ordenación interna determinada, como ocurre con los sólidos cristalinos. Sin embargo en muchos casos se observa un desorden ordenado, es decir, la presencia de grupos ordenados que se distribuyen en el espacio de manera total o parcialmente aleatoria.


2.17 ESTRUCTURA AMORFA

Cuando las partículas se sitúan en el espacio de forma desordenada.

En cristalografía, rama de la física de los sólidos, tradicionalmente se distinguen dos tipos de estructura: amorfa y cristalina. La estructura amorfa, de la que el vidrio es un ejemplo habitual, se presenta como un amontonamiento caótico de su­bestructuras idénticas. 

Por otra parte, en los cristales se distingue un orden a larga distan­cia, con una organización rigurosa­mente periódica de las subestructu­ras, en tanto que en las estructuras amorfas, las subestructuras siguen líneas quebradas al azar y el orden sólo se discierne a corta distancia.

En la difracción también se refleja esta diferencia; la imagen que produce un haz de partículas, fotones, electrones, neutrones, que incide en un cristal amorfo conlleva un punto de impacto central, que corresponde a las partículas no desviadas, rodeado de anillos que corresponden a las distancias medias que son las más frecuentes entre los átomos. Pero, cuando el haz incide en un cristal, la perfecta periodicidad de las estructuras atómicas implica difracciones regulares de las partículas, que tienen lugar en direcciones privilegiadas y características de la estructura del cristal. La imagen se asemeja a una rejilla, en la que se distinguen unos puntos espaciados de forma regular que se llaman reflexiones de Bragg.

Descripción de las propiedades de los sólidos amorfos.

Un sólido amorfo consiste en partículas acomodadas en forma irregular y por ello no tienen el orden que se encuentra en los cristales. Ejemplos de sólidos amorfos son el vidrio y muchos plásticos.  Los sólidos amorfos difieren de los cristalinos por la manera en que se funden. Si controlamos la temperatura de un sólido cristalino cuando se funde, encontraremos que permanece constante. Los sólidos amorfos no tienen temperatura de fusión bien definida; se suavizan y funden en un rango de temperatura y no tienen “punto de fusión” característico.  Los sólidos amorfos, al igual que los líquidos y gases, son isotrópicos, es decir sus propiedades son iguales en todas las direcciones. Esto se debe a la falta de regularidad en el ordenamiento de las partículas en los sólidos amorfos, lo cual determina que todas las direcciones sean equivalentes.

ESTRUCTURA AMORFA: cuando las partículas se sitúan en el espacio de forma desordenada

En cristalografía, rama de la física de los sólidos, tradicionalmente se distinguen dos tipos de estructura: amorfa y cristalina. La estructura amorfa, de la que el vidrio es un ejemplo habitual, se presenta como un amontonamiento caótico de su­bestructuras idénticas. La estructu­ra cristalina se presenta en forma de repetición de subestructuras estric­tamente periódicas, en las que do­mina el paralelismo; el cuarzo es el ejemplo más habitual.

Por otra parte, en los cristales se distingue un orden a larga distan­cia, con una organización rigurosa­mente periódica de las subestructu­ras, en tanto que en las estructuras amorfas, las subestructuras siguen líneas quebradas al azar y el orden sólo se discierne a corta distancia.

En la difracción también se refle­ja esta diferencia; la imagen que produce un haz de partículas -fo­tones, electrones, neutrones- que incide en un cristal amorfo conlleva un punto de impacto central, que corresponde a las partículas no des­viadas, rodeado de anillos que co­rresponden a las distancias medias que son las más frecuentes 

Los materiales de laL fase amorfa (sustancias pécticas, hemicelulosas y proteínas) son transportados por orgánulos celulares denominados dictiosomas.tes entre los átomos.
Fase amorfa. Formada por hemicelulosas, polisacáridos no celulósicos [xilana, glucana, galactana, manana, fructana], compuestos pécticos y glucoproteínas.


2.18 Propiedades Características Material Vítreo

El estado vítreo es amorfo, caracterizado por la rápida ordenación de las moléculas para obtener posiciones definidas.
Los cuerpos en estado vítreo se caracterizan por presentar un aspecto sólido con cierta dureza y rigidez y que ante esfuerzos externos moderados se deforman de manera generalmente elástica. Sin embargo, al igual que los líquidos, estos cuerpos son ópticamente isótropos, transparentes a la mayor parte del espectro electromagnético de radiación visible. Cuando se estudia su estructura interna a través de medios como la difracción de rayos X, da lugar a bandas de difracción difusas similares a las de los líquidos. Si se calientan, su viscosidad va disminuyendo paulatinamente –como la mayor parte de los líquidos- hasta alcanzar valores que permiten su deformación bajo la acción de la gravedad, y por ejemplo tomar la forma del recipiente que los contiene como verdaderos líquidos. No obstante, no presentan un punto claramente marcado de transición entre el estado sólido y el líquido o "punto de fusión".
Todas estas propiedades han llevado a algunos investigadores a definir el estado vítreo no como un estado de la materia distinto, sino simplemente como el de un líquido subenfriado o líquido con una viscosidad tan alta que le confiere aspecto de sólido sin serlo. Esta hipótesis implica la consideración del estado vítreo como un estado metastable al que una energía de activación suficiente de sus partículas debería conducir a su estado de equilibrio, es decir, el de sólido cristalino.


Las sustancias susceptibles de presentar un estado vítreo pueden ser tanto de naturaleza inorgánica como orgánica, entre otras:

Elementos químicos: Si, Se, Au-Si, Pt-Pd, Cu-Au.

Óxidos: SiO2, B2O3, P2O5, y algunas de sus combinaciones.

Compuestos: As2S3, GeSe2, P2S3, BeF2, PbCl2, AgI, Ca(NO3)2.

Siliconas (sustancias consideradas como semiorgánicas)
Polímeros orgánicos: tales como glicoles, azúcares, poliamidas,poliestirenos o polietilenos, etc.


2.19 METALURGIA. PRINCIPALES METALES Y ALEACIONES UTILIZADOS EN LA INDUSTRIA



La metalurgia es la disciplina, dentro del dominio de la ciencia de materiales, que estudia el comportamiento de los elementos metálicos, los compuestos intermetàl·lics y susaleaciones. También es la tecnología de los metales, la manera de aplicar la ciencia para su utilización práctica, su extracción, transformación y elaboración.
Los metales son los elementos químicos de mayor utilización: con fines estructurales en edificios y medios de transporte, como conductores de calor y electricidad, etc. Los metales se caracterizan por tener un brillo especial, llamado metálico, y por ser buenos conductores de la electricidad y del calor. Esta gran conductibilidad, comparada con la de los no metales, se debe probablemente a la existencia de electrones libres en su interior. Además los metales tienen una molécula monoatómica y originan los hidróxidos al disolverse los óxidos metálicos en agua. Algunos metales se presentan en estado libre como el oro, pero otros aparecen en estados de óxidos, sulfuros, carbonatos, fluoruros, cloruros. etc.

Aluminio

El aluminio es uno de los elementos más abundantes de la corteza terrestre (8%) y uno de los metales más caros en obtener. La producción anual se cifra en unos 33,1 millones de toneladas, siendo China y Rusia los productores más destacados, con 8,7 y 3,7 millones respectivamente. Una parte muy importante de la producción mundial es producto del reciclaje
Aleaciones de aluminio
Las aleaciones de aluminio son aleaciones obtenidas a partir de aluminio y otros elementos(generalmente cobre, zinc,manganeso, magnesio o silicio). Forman parte de las llamadas aleaciones ligeras, con una densidad mucho menor que los aceros, pero no tan resistentes a la corrosión como el aluminio puro, que forma en su superficie una capa de óxido de aluminio (alúmina). Las aleaciones de aluminio tienen como principal objetivo mejorar la dureza y resistencia del aluminio, que es en estado puro un metal muy blando.
La corrosión galvánica se produce rápidamente en las aleaciones de aluminio cuando entran en contacto eléctrico con acero inoxidable u otras aleaciones con mayor electronegatividad en un ambiente húmedo, por lo que si se usan conjuntamente deben ser adecuadamente aisladas.

Cromo

El cromo es un elemento químico de número atómico 24 que se encuentra en el grupo 6 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Cr. Es un metal que se emplea especialmente en metalurgia. Su nombre "cromo" (derivado del griegochroma, "color") se debe a los distintos colores que presentan sus compuestos.
 Cromo puro
El cromo es un metal de transición duro, frágil, gris acerado y brillante. Es muy resistente frente a la corrosión.
Su estado de oxidación más alto es el +6, aunque estos compuestos son muy oxidantes. Los estados de oxidación +4 y +5 son poco frecuentes, mientras que los estados más estables son +2 y +3. También es posible obtener compuestos en los que el cromo presente estados de oxidación más bajos, pero son bastante raros.
El cromo se utiliza principalmente en metalurgia para aportar resistencia a lacorrosión y un acabado brillante.
En aleaciones, por ejemplo, el acero inoxidable es aquel que contiene más de un 12% en cromo, aunque las propiedades antioxidantes del cromo empiezan a notarse a partir del 5% de concentración. Además tiene un efecto alfágeno, es decir, abre el campo de la ferrita y lo fija.
En procesos de cromado (depositar una capa protectora medianteelectrodeposición). También se utiliza en el anodizado del aluminio.
En pinturas cromadas como tratamiento antioxidante
Sus cromatos y óxidos se emplean en colorantes y pinturas. En general, sus sales se emplean, debido a sus variados colores, como mordientes.
El dicromato de potasio (K2Cr2O7) es un reactivo químico que se emplea en la limpieza de material de vidrio de laboratorio y, en análisis volumétricos, como agente valorante.
Es común el uso del cromo y de alguno de sus óxidos como catalizadores, por ejemplo, en la síntesis de amoníaco (NH3).
El mineral cromita (Cr2O3·FeO) se emplea en moldes para la fabricación de ladrillos (en general, para fabricar materiales refractarios). Con todo, una buena parte de la cromita consumida se emplea para obtener cromo o en aleaciones.
En el curtido del cuero es frecuente emplear el denominado "curtido al cromo" en el que se emplea hidroxisulfato de cromo (III) (Cr(OH)(SO4)).
Para preservar la madera se suelen utilizar sustancias químicas que se fijan a la madera protegiéndola. Entre estas sustancias se emplea óxido de cromo (VI) (CrO3).
Cuando en el corindón (α-Al2O3) se sustituyen algunos iones de aluminio por iones de cromo se obtiene el rubí; esta gema se puede emplear, por ejemplo, enláseres.
El dióxido de cromo (CrO2) se emplea para fabricar las cintas magnéticas empleadas en las casetes, dando mejores resultados que con óxido de hierro (III) (Fe2O3) debido a que presentan una mayor coercitividad.
Cobre
El cobre (del latín cŭprum, y éste del griego kýpros),5 cuyo símbolo es Cu, es elelemento químico de número atómico 29. Se trata de un metal de transición de color rojizo y brillo metálico que, junto con la plata y el oro, forma parte de la llamada familia del cobre, se caracteriza por ser uno de los mejores conductores de electricidad (el segundo después de la plata). Gracias a su alta conductividad eléctricaductilidad y maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos.
El cobre forma parte de una cantidad muy elevada de aleaciones que generalmente presentan mejores propiedades mecánicas, aunque tienen una conductividad eléctrica menor. Las más importantes son conocidas con el nombre de bronces ylatones. Por otra parte, el cobre es un metal duradero porque se puede reciclar un número casi ilimitado de veces sin que pierda sus propiedades mecánicas

Aleaciones y tipos de cobre
Desde el punto de vista físico, el cobre puro posee muy bajo límite elástico (33 MPa) y una dureza escasa (3 en la escala de Mohs ó 50 en la escala de Vickers).2 En cambio, unido en aleación con otros elementos adquiere características mecánicas muy superiores, aunque disminuye su conductividad. Existe una amplia variedad de aleaciones de cobre, de cuyas composiciones dependen las características técnicas que se obtienen, por lo que se utilizan en multitud de objetos con aplicaciones técnicas muy diversas. El cobre se alea principalmente con los siguientes elementos: ZnSnAlNiBeSiCdCr y otros en menor cuantía.
Según los fines a los que se destinan en la industria, se clasifican en aleaciones para forja y en aleaciones para moldeo. Para identificarlas tienen las siguientes nomenclaturas generales según la norma ISO 1190-1:1982 o su equivalente UNE 37102:1984.57Ambas normas utilizan el sistema UNS (del inglés Unified Numbering System).58

Hierro
El hierro o fierro (en muchos países hispanohablantes se prefiere esta segunda forma)1 es un elemento químico de número atómico 26 situado en el grupo 8, periodo 4 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Fe (del latínfĕrrum)1 y tiene una masa atómica de 55,6 u.
Este metal de transición es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre, representando un 5% y, entre los metales, sólo el aluminio es más abundante. El núcleo de la Tierra está formado principalmente por hierro y níquel, generando al moverse un campo magnético. Ha sido históricamente muy importante, y un período de la historia recibe el nombre de Edad de Hierro. Encosmología, es un metal muy especial, pues es el metal más pesado que puede producir la fusión en el núcleo de estrellas masivas; los elementos más pesados que el hierro solo pueden ser creados en supernovas

El magnesio es el elemento químico de símbolo Mg y número atómico 12. Sumasa atómica es de 24,305 u. Es el séptimo elemento en abundancia constituyendo del orden del 2% de la corteza terrestre y el tercero más abundante disuelto en el agua de mar. El ion magnesio es esencial para todas las células vivas. El metal puro no se encuentra en la naturaleza. Una vez producido a partir de las sales de magnesio, este metal alcalino-térreo es utilizado como un elemento dealeación
Los compuestos de magnesio, principalmente su óxido, se usan como material refractarioen hornos para la producción de hierro y acero, metales no férreos, cristal y cemento, así como en agricultura e industrias químicas y de construcción.
El uso principal del metal es como elemento de aleación del aluminio, empleándose las aleaciones aluminio-magnesio en envases de bebidas. Las aleaciones de magnesio, especialmente magnesio-aluminio, se emplean en componentes de automóviles, como llantas, y en maquinaria diversa. Además, el metal se adiciona para eliminar el azufre del acero y el hierro. Otros usos son:
Aditivo en propelentes convencionales.
Obtención de fundición nodular (hierro-silicio-Mg) ya que es un agente esferoidizante/nodulizante del grafito.
Agente reductor en la obtención de uranio y otros metales a partir de sus sales.
El hidróxido (leche de magnesia), el cloruro, el sulfato (sales Epsom) y el citrato se emplean en medicina.
El polvo de carbonato de magnesio (MgCO3) es utilizado por los atletas como gimnastas y levantadores de peso para mejorar el agarre de los objetos. Es por este motivo prácticamente imprescindible en la escalada de dificultad para secar el sudor de manos y dedos del escalador y mejorar la adherencia a la roca. Se lleva en una bolsa colgada de la cintura.
Otros usos incluyen flashes fotográficos, pirotecnia y bombas incendiarias, debido a la luz que despide su combustión. El magnesio es el séptimo elemento más abundante en la corteza terrestre, sin embargo no se encuentra libre, aunque entra en la composición de más de 60 minerales, siendo los más importantes industrialmente los depósitos de dolomíadolomitamagnesita,brucitacarnalita y olivino.
En EE. UU. el metal se obtiene principalmente por electrólisis del cloruro de magnesio, método que ya empleaba Robert Bunsen, obtenido de salmuerasboquerones y agua de mar

Níquel
Símbolo Ni, número atómico 28, metal duro, blanco plateado, dúctil y maleable. La masa atómica del níquel presente en la naturaleza es 58.71.
El níquel tiene cinco isótopos naturales con masas atómicas de 58, 60, 61, 62, 64. También se han identificado siete isótopos radiactivos, con números de masa de 56, 57, 59, 63, 65, 66 y 67.
La mayor parte del níquel comercial se emplea en el acero inoxidable y otras aleaciones resistentes a la corrosión. También es importante en monedas como sustituto de la plata. El níquel finamente dividido se emplea como catalizador de hidrogenación.
Aproximadamente el 65% del níquel consumido se emplea en la fabricación de acero inoxidable austenítico y otro 12% ensuperaleaciones de níquel. El restante 23% se reparte entre otras aleacionesbaterías recargablescatálisis, acuñación de moneda, recubrimientos metálicos y fundición:[cita requerida]
Alnico, aleación para imanes.
El mu-metal se usa para apantallar campos magnéticos por su elevada permeabilidad magnética.

2.20 CERÁMICA. PRINCIPALES MATERIALES CERÁMICOS UTILIZADOS EN LA INDUSTRIA.
Constitución de los materiales cerámicos
Están formados por una combinación de fases cristalinas y/o vítreas.
Se pueden presentar en función de la aplicación como sólido denso, polvo fino, película, Fibra, etc.
Los hay constituidos por una fase cristalina o una fase vítrea, denominándose Monofásicos.
Los constituidos por muchos cristales de la misma fase cristalina se denominan Poli cristalinos
Los mono cristales se refieren a materiales constituidos por un solo cristal de  una única fase. 


Propiedades tienen los materiales cerámicos 

Las propiedades de los materiales cerámicos cubren un amplio intervalo de necesidades:
Propiedades mecánicas
Propiedades térmicas
Propiedades ópticas
Propiedades eléctricas
Propiedades magnéticas
Propiedades químicas
Características de la industria cerámica

Es una industria en la que se involucran miles de billones de euros.
Se utilizan en muchas otras industrias como elementos básicos, Industria del cemento, siderurgia.
Constituyen partes de sistemas complejos :
Núcleos magnéticos en memorias de ordenadores, Permiten nuevas tecnologías.



MATERIALES  CERÁMICOS QUE SE UTILIZAN EN LA INDUSTRIA

Nitruro de silicio (Si3N4). Utilizado como polvo abrasivo.


·         Carburo de boro (B4C), usado en algunos helicópteros y cubiertas de tanques.

·         Carburo de silicio (SiC), empleado en hornos microondas, en abrasivos y como material refractario.

·         Di boruro de magnesio (MgB2), es un superconductor no convencional.

·         Óxido de zinc (ZnO), un semiconductor.

·         Ferrita (Fe3O4) es utilizado en núcleos de transformadores magnéticos y en núcleos de memorias magnéticas.

·         Esteatita, utilizada como un aislante eléctrico.

·         Óxido de uranio (UO2), empleado como combustible en reactores nucleares

·         Óxido de itrio, bario y cobre (YBa2Cu3O7-x), superconductor de alta temperatura.

El Nitruro De Aluminio (AIN): Proporciona un buen aislante eléctrico, pero tiene alta conductividad térmica. Dado que su coeficiente de expansión térmica es similar al del silicio, el AIN es un sustituto adecuado del Al2O3 como material de sustrato para circuitos integrados.

- El Carburo De Boro (B4C): Es muy duro y aún así extraordinariamente ligero. Además de su utilización como blindaje nuclear, encuentra uso en aplicaciones que requieren excelente resistencia a la abrasión, como parte en placas blindadas.
- El Carburo De Silicio (SiC): tiene una resistencia a la oxidación extraordinaria a temperatura incluso por encima del punto de fusión del acero. A menudo el SiC se utiliza como recubrimiento para metales, para compuestos de carbono y otros cerámicos a temperaturas extremas.

- El Nitruro De Silicio (Si3N4): Son candidatos para componentes de motores automotrices y de turbina de gas, permitiendo temperaturas de operación más elevadas y mejores eficiencias de combustible, con menor peso que los metales y aleaciones tradicionales.

- El Sialón: Se forma cuando el aluminio y el oxígeno reemplazan parcialmente al silicio y al nitrógeno en el nitruro de silicio. Es relativamente ligero, con un coeficiente de expansión térmica bajo, buena tenacidad a la fractura, y una resistencia superior a la de muchos de los demás cerámicos avanzados comunes. El sialón puede encintrar aplicaciones en componentes para motor y otras aplicaciones, que a su vez involucran altas temperaturas y condiciones severas de desgaste.

- El Boruro De Titanio (TiB2): Es un buen conductor de la electricidad y del calor. Además tiene excelente tenacidad. El TiB2, junto con el carburo de silicio y la alúmina, son aplicaciones en la producción de blindajes.

- La Urania (UO2): Utilizado como combustible de reactores nucleares.
Concluimos en que los materiales cerámicos, debido a sus propiedades térmicas, eléctricas y mecánica, es de gran aplicación en muchos de los ámbitos industriales. 


Aida Santiago Martinez
Ruth Acela Mancilla Rosas
Julio Cesar Hernandez Martinez
Jesus Arnoldo Hernandez Cavazos

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