LABORATORIO DE ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

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LABORATORIO DE ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES 17-I

Practica 1: “Taller de construcción de estructuras”

• Objetivo general: Analizar las diferentes estructuras cristalinas, para poder relacionarlas con los distintos metales y diferentes figuras.

• Objetivos específicos: 

• Elaborar la estructura cúbica centrada en las caras y hexagonal compacta, con materiales de fácil adquisición.
• Elaborar la estructura cubica centrada en las caras donde se haga notar el número de coordinación para esta estructura.

• Lista de material y reactivos:

• 400 esferas de unicel de 2 cm de diámetro (pintadas de 3 colores rojo, azul, verde).
• 3 bases de madera de 20x20 cm.
• 12 palillos de madera cilíndricos de 10 cm de largo de doble punta.
• 16 palillos de madera cilíndricos de 6 cm de largo de doble punta.  
• Pistolas de silicón.

• Consideraciones teóricas:

Estructuras cristalinas.

Los cristales son materiales cuyos constituyentes, átomos, moléculas o iones, se empaquetan de un modo regular y periódico, formando una estructura microscópica ordenada. Estos constituyentes están unidos entre sí mediante diferentes tipos de fuerzas interatómicas (enlaces químicos), tales como el enlace metálico, el enlace iónico, el covalente y las fuerzas de Can Der Waals.

El estado cristalino de la materia es el de mayor orden, es decir, aquel en donde las correlaciones internas son mayores y a mayor rango de distancias. Y esto se refleja en sus propiedades que son anisotrópicas y discontinuas. Suelen aparecer como entidades puras, homogéneas y con formas geométricas definidas cuando están bien formados. Sin embargo, su morfología externa no es suficiente para evaluar la denominada cristalinidad de un material.

La estructura física de los sólidos es consecuencia de la disposición de los átomos, moléculas o iones en el espacio, así como de las fuerzas de interconexión de las partículas:

• Estado amorfo: Las partículas componentes del sólido se agrupan al azar.

• Estado cristalino: Los átomos (moléculas o iones) que componen el sólido se disponen según un orden regular. Las partículas se sitúan ocupando los nudos o puntos singulares de una red espacial geométrica tridimensional. Los metales, las aleaciones y determinados materiales cerámicos tienen estructuras cristalinas.
Los átomos que pertenecen a un sólido cristalino se pueden representar situándolos en una red tridimensional, que se denomina retículo espacial o cristalino. Este retículo espacial se puede definir como una repetición en el espacio de celdas unitarias. La celda unitaria de la mayoría de las estructuras cristalinas son paralelepípedos o prismas con tres conjuntos de caras paralelas

 a) Redes cúbicas sencillas: Los átomos ocupan sólo los vértices de la celda unidad.

b) Redes cúbicas centradas en el cuerpo (BCC): Los átomos, además de ocupar los vértices, ocupan el centro de la celda. En este caso cristalizan el hierro y el cromo.

c) Redes cúbicas centradas en las caras (FCC): Los átomos, además de ocupar los vértices, ocupan el centro de cada cara de la celda. Cristalizan en este tipo de redes el oro, cobre, aluminio, plata, etc.

d) Redes hexagonales compactas (HC): La celda unitaria es un prisma hexagonal con átomos en los vértices y cuyas bases tiene un átomo en el centro. En el centro de la celda hay tres átomos más. En este caso cristalizan metales como cinc, titanio y magnesio.

• Desarrollo experimental:

1. Se inició la práctica elaborando el primer modelo de la Estructura Compacta Cúbica Centrada en las Caras. Ésta fue compuesta por la construcción 4 cuatro capas, de diferente color, y gracias a esto fue posible observar a detalle la conformación de esta estructura, así mismo teniendo en cuenta las características que posee cada capa.
2. Posteriormente se construyó la Estructura Hexagonal Compacta, para la cual realizamos 3 capas de esferas diferentes, la capa uno y tres fueron del mismo color y la dos de uno diferente.

En ésta, también se tuvieron que realizar 2 hexágonos y un triángulo, de manera que al pegar todas las capas realizadas quedaran perfectamente compactas, y se observó la manera en cómo una estructura hexagonal tiene todas sus redes compactas.

1. Ahora, elaboramos una estructura Cúbica Centrada en las Caras, el propósito de realizar está estructura fue poder representar su número de coordinación. Con los 8 palillos de madera de 6 cm y 10 esferas formamos los planos a manera que quedara un cubo, posteriormente unimos los vértices con dos palillos y una esfera, y así con todas las demás caras.

Finalmente, en la parte superior de nuestra estructura quedaron cuatro palillos (uno en cada vértice), y en la punta de cada uno colocamos otra esfera de unicel, así mismo, representando el número de coordinación.

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• Cuestionario

1. Escriba ¿Cuáles son los estados de agregación de la materia? y explique el modelo de distribución de partículas que tiene cada uno de ellos.

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