Jesus Arnoldo Hernandez Cavazos
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.
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.
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.
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 eléctrica, ductilidad 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: Zn, Sn, Al, Ni, Be, Si, Cd, Cr 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.
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 dolomía, dolomita, magnesita,brucita, carnalita y olivino.
En EE. UU. el metal se obtiene
principalmente por electrólisis del cloruro de magnesio, método que ya empleaba Robert Bunsen, obtenido de salmueras, boquerones 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 aleaciones, baterías
recargables, catálisis, acuñación de moneda,
recubrimientos metálicos y fundición:[cita requerida]
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
Aida Santiago Martinez
Ruth Acela Mancilla Rosas
Julio Cesar Hernandez Martinez
Jesus Arnoldo Hernandez Cavazos
Presentacion 5 from arnoldo14
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