Estructuras cristalinas

En los materiales sólidos los átomos se pueden disponer en posiciones relativas ordenadas, en cuyo caso se dice que el material es cristalino; o bien, puede ser que la disposición de los átomos en el espacio no siga ningún orden, en cuyo caso se trata de un material amorfo o con estructura amorfa.

La disposición ordenada de los átomos en estructuras cristalinas consiste en una secuencia triplemente periódica de ubicación de los átomos que se repite a lo largo de todo el cristal.

Estas secuencias se plantean mediante la disposición de un átomo origen y de la ubicación relativa a él de átomos en las tres direcciones del espacio.

Si la secuencia está originada por un elemento como el de la figura, el cristal viene definido, de acuerdo con lo dicho anteriormente, por la repetición de los segmentos a, b, c de la figura desde cualquier posición atómica.

abc

Si se considera un átomo cualquiera “O” como origen, al desplazar el átomo “O” de acuerdo con el segmento “c” se origina un nuevo átomo “O1” que originará a su vez, por desplazamiento, O2, O3,…

Así, si desplaza cualquiera de los átomos anteriores O, O1, O2, O3,… según el segmento “b y este se desplazamiento se hace un número indefinido de veces, se va construyendo la red en el plano que se está considerando.
O

Si a partir de cualquiera de los átomos ya ubicados se van desplazando éstos según el segmento “a”, se va construyendo la red cristalina en el espacio.

Este conjunto de átomos en el espacio se puede definir más fácilmente a partir de la figura geométrica más simple que por repetición de lugar a

que sus vértices deformen las posiciones donde se ubican los átomos en la red. Esta deformación debe hacerse según las tres direcciones a, b, c. En este caso, la figura elemental que daría lugar a la red en esas condiciones sería la representada:

Esta figura elemental se conoce como celda elemental o unitaria de la red que queda bien definida mediante la longitud de las tres aristas (a, b, c) y mediante los ángulos que forman las segmentos a, b, c de dos en dos.
Celda elemental

Es preciso tener en cuenta que en los materiales cristalinos las distancias entre dos átomos contiguos, es decir, el valor del segmento a, b o c, que se conocen como parámetros de la red, es del orden de magnitud de 10-8 a 10-7 cm. Por tanto, en un cristal de 0’1 mm de diámetro hay del orden de (106)3 átomos o nudos de la red.
Nudos de la red

A partir de la red cristalina se puede plantear la disposición real (sin considerar defectos que se verán posteriormente) de los átomos en los materiales cristalinos en las condiciones siguientes:

(1) En todos los nudos o vértices de la red se ubica una partícula que puede ser un átomo, un ión o un conjunto de átomos.

(2) Hay puntos particulares de la red en los que pueden existir

estas partículas. Por ejemplo, en la estructura cúbica centrada en caras (FCC), la celda α elemental β γ = es un cubo cuyos parámetros son a = b = c y α=β = 90º; además de en los vértices, existen partículas en el centro de cada una de las caras del cubo.

Materiales cristalinos

Los materiales cristalinos solidifican siempre según la geometría correspondiente en función de las siete posibles celdas elementales (fotocopias] y dependiendo de la ubicación de las partículas en dichas celdas (en los vértices: estructura simple; en los centros de las caras,…) se originan las catorce disposiciones posibles de ordenación que se conocen como redes de Bravais.

De estas redes las que presentan mayor interés por ser en las que cristalizan la mayor parte de los metales y aleaciones metálicas son:

– la cúbica centrada en el interior o en el cuerpo (BCC)
– la cúbica centrada en las caras (FCC) hexagonal compacta (HC)

Fuente: Apuntes de Ciencia de Materiales. Ingeniería Química – Universidad de Huelva

Publicado en Ciencia de materiales

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