Manual De Practicas De Los Materiales Uam Azc

Manual de

Laboratorio de

Estructura de los Materiales

Grupo de Investigación en la Enseñanza de la Química

Abril 2008.

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Este Manual es original de los trabajos del

Grupo de Investigación en la

Enseñanza de la Química.

Miguel Ávila Jiménez

Alicia Cid Reborido

María Eugenia Elorza Guerrero

Lilia Fernández Sánchez

María del Carmen González Cortés

Leonardo Hernández Martínez

María Tula Alicia Luna Rojas

María Isabel Raygoza Maceda

José Carlos Federico Roa Limas

Hugo Eduardo Solís Correa

María de la Luz Soto Téllez

Josefina Tapia Cervantes

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CONTENIDO

Página

Prólogo 4

Presentación al curso de laboratorio 5

Introducción al Curso de Laboratorio de

Estructura de los Materiales

17

Taller de construcción de estructuras 19

Metales y aleaciones 29

Oxidación de metales 35

Conductores, semiconductores y aislantes 41

Polímeros de adición 51

Polímeros de condensación 68

Materiales Cerámicos: identificación de algunas

propiedades físicas y químicas del cemento

74

Preparación de materiales amorfos 84

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Introducción al Curso de Laboratorio de Estructura de los Materiales

El Ingeniero es el profesional que se encarga de procesar diferentes materiales para obtener

productos que le proporcionen al ser humano mejores condiciones de vida, muchos de esos

materiales iniciales o materias primas se encuentran formando parte de la naturaleza, como

el petróleo, los minerales, los animales y las plantas.

Para determinar qué material es el más conveniente en un uso específico es necesario

conocer sus propiedades físicas y químicas. Las propiedades dependen de la estructura y

específicamente de la microestructura. La microestructura indica el acomodo en el espacio

de las partículas más elementales (átomos, iones, moléculas o grupos de éstos) de un

compuesto y los enlaces que hay entre ellos.

La microestructura puede ser cristalina o amorfa. En la estructura cristalina, cada partícula

se encuentra perfectamente ordenada con respecto a sus vecinos siguiendo un patrón

tridimensional de largo alcance y en la estructura amorfa no existe un orden de largo

alcance entre las partículas que conforman el material.

Un sólido cristalino es un objeto que tiene una forma poliédrica más o menos regular. En

muchos casos es posible observar microscópicamente estas formas, pero la mayor parte de

las veces las formas cristalinas deben ser observadas en alguna versión de microscopio. El

estado cristalino es considerado por la fisicoquímica como el único estado realmente sólido,

es una distribución geométrica ordenada llamada red cristalina.

La red cristalina se puede reducir imaginariamente hasta que se llega a una unidad básica, a

la cual se le denomina celda unitaria y es el menor paralelepípedo obtenido que contiene el

arreglo con el menor número de partículas que retiene las propiedades generales de toda la

red.

Existen siete sistemas cristalinos con los cuales pueden obtenerse todos los arreglos

geométricos posibles: cúbico, hexagonal, romboédrico, ortorrómbico, tetragonal, triclínico

y monoclínico. De éstos el más simétrico es el cúbico.

Los materiales metálicos presentan preferentemente esta estructura. Éstos se pueden

clasificar en puros y aleaciones. Algunas propiedades generales que presentan los

materiales metálicos son: buena conductividad, eléctrica y térmica, alta resistencia

mecánica a temperatura ambiente, buena resistencia al impacto, alta rigidez, son maleables,

dúctiles, son relativamente densos y poseen brillo característico. Algunos ejemplos de este

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tipo de material son: aluminio (Al), hierro (Fe), cobre (Cu), níquel (Ni), oro (Au), latón

(Cu-Zn), bronce (Cu-Sn), acero (Fe-C); de los ejemplos anteriormente dados, los primeros

cinco son metales y los tres últimos son aleaciones. En este curso se pondrá de manifiesto

cómo cambian las propiedades de estos materiales cuando se modifica la microestructura.

Muchos de los materiales poliméricos, a diferencia de los metálicos, tienen una estructura

amorfa, por lo que sus propiedades son diferentes a las de los metales. Los polímeros son

compuestos que presentan cadenas largas de moléculas, orgánicas o inorgánicas, se

clasifican por sus usos en fibras, hules y plásticos y por su reacción al calor en:

termoplásticos y termoestables o termofijos. Algunas de las propiedades más relevantes

son: escasa resistencia mecánica, baja conductividad eléctrica y térmica, excelente

resistencia a la corrosión, flexibles, poco densos, químicamente inertes. Algunos ejemplos

de materiales poliméricos son: caucho, teflón, nylon, adhesivos, polietileno y poliéster. En

este manual se presentan dos prácticas donde se obtendrán varios polímeros y se analizarán

sus propiedades en función de la estructura que presentan.

Los materiales cerámicos pueden presentar ambos tipos de estructuras: algunos de ellos son

cristalinos y otros son amorfos. Este tipo de materiales son compuestos inorgánicos que en

su preparación o uso se puede emplear altas temperaturas y se clasifican en: cerámica

tradicional y cerámica avanzada Las propiedades características son: escasa conductividad

térmica y eléctrica, elevada resistencia a las temperaturas, baja resistencia al impacto, alta

rigidez y elevada dureza y buena resistencia al desgaste, químicamente son resistentes.

Algunos ejemplos son: ladrillos, vidrio, loza, abrasivos, cemento. En este manual se

trabajará con un material cerámico cristalino (cemento) y con un material cerámico amorfo

(vidrio).

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TALLER DE CONSTRUCCION DE MODELOS DE

ESTRUCTURAS CRISTALINAS

Objetivos específicos: Al terminar el taller el alumno será capaz de:

Elaborar las estructuras cúbica centrada en las caras y hexagonal compacta, con materiales

de fácil adquisición

Elaborar la estructura cúbica centrada en las caras donde se haga notar el número de

coordinación para esta estructura.

Consideraciones teóricas

Los sólidos tienen mucha importancia en ingeniería, ya que estos materiales pueden ser

mecánicamente transformados

...