Redes de Bravais

1.-INTRODUCCIÓN

Para comenzar tenemos que entender que el universo esta formado por la materia, la cual se define como todo lo que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa. Y, ¿Qué forma a la materia? Lo más común es comenzar por los átomos, los cuales fueron definidos por primera vez por el filósofo griego Demócrito. El dio la idea que el átomo eran partículas muy pequeñas e indivisibles, esta definición fue completada mucho tiempo después por el profesor John Dalton. Después de varias investigaciones, varios científicos afirmaron que el átomo si era divisible y que tenía una estructura, es decir, que estaban formados por partículas más pequeñas. Estas partículas se denominaron “Subatómicas” y son el Electrón, Protón y Neutrón. Las partículas subatómicas, dependiendo de su cantidad, le dan sus propiedades al átomo. Los átomos de diferentes elementos, al combinarse mediante enlaces covalentes, iónicos y metálicos, forman compuestos. Cada compuesto tiene diferente estructura, la cual, dependiendo de la energía que tengan sus átomos, cambiará su estado de agregación. Los estados de agregación son los que todos conocemos, sólido (átomos con poca energía y muy juntos), líquido (átomos con más energía y más separados entre sí), gaseoso (átomos muy separados) y plasma (iones con carga eléctrica). “Raymond Chang Kenneth A. Goldsby. (2016). Química. Mexico: McGraw-Hill”. El estado sólido es muy importante para la ingeniería y depende del ordenamiento de los átomos la clasificación que se les dará. Si los átomos del sólido están desordenados, se le llama “Amorfo”. Al contrario, cuando la estructura atómica del sólido es muy ordenada, se le llama “Cristal”. Los cristales tienen la propiedad de absorber la energía con facilidad, esto los vuelve materiales muy duros. Los cristales también tienen diferentes estructuras, y dependiendo de estas tendrán propiedades diferentes unos de otros. Las estructuras de los cristales se representan con una red espacial, cada punto de la red tiene una agrupación idéntica entorno a otro punto de la red, esta repetición forma una celda unitaria. Cada celda unitaria se define por los vectores “a”, “b” y “c” y los ángulos “α”, “β”, y “γ”. Bravais separó las celdas unitarias en 14, y con estas se pueden describir todas las estructuras. Cada familia se divide en 4 tipos, sencilla, centrada en el cuerpo, centrada en las caras y centrada en las bases.

William F. Smith Javad Hashemi. (2014). Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales. México: McGraw-Hill.

2.- REDES DE BRAVAIS Y SUS APLICACIONES

2.1.- Redes de Bravais Cúbicas

Los tres ejes cristalográficos son todos de igual longitud y cortan a los ángulos rectos (90 °) “a” =” b” =”c” y “α” = “β” = “γ” = 90 ° (Figura-1)

Las cúbicas se dividen en:

• Cúbico simple

• Cúbico centrado en el cuerpo (BCC)

• Cúbico centrado en las caras (FCC)

“Gabriel Bolivar. (2018). Estructura Cristalina: Estructura, Tipos y Ejemplos. 2020, de Lifeder”

2.1.1.-Aplicaciones de la red de Bravais cúbica simple

Los elementos que tienen una estructura cubica simple son: Manganeso (Mn), Oxigeno(O) y Flúor (F). Haciendo de lado lo obvio, el oxígeno es el elemento que se encuentra en todos los procesos bioquímicos en plantas, animales y los seres humanos.

“Pat L. Mangonon. (2001). Ciencia de Materiales. Naucalpan: Pearson Education.”

2.1.1.1.-Manganeso

El Manganeso (Mn) es un metal de transición, comparte sus propiedades con sus vecinos en la tabla periódica, el Cromo (Cr) y el Hierro (Fe), aunque es más parecido al hierro. Este elemento es esencial para la producción del acero inoxidable de bajo costo. El manganeso también forma una aleación con el Aluminio (Al), haciendo un metal más resistente a la corrosión. Este metal formado de Mn y Al es llamado “ALEACION DE ALUMINIO MANGANESO 3003”, se usa comúnmente para revestimiento de vehículos, envases y electrodomésticos. Esta aleación también es fácil de soldar por lo que es usada frecuentemente para tuberías y la elaboración de tejados.

2.1.1.2.-Flúor

El Flúor es el tercer y último elemento que posee una estructura cubica simple. Este tiene diversas aplicaciones, desde salud electrodomésticos. La mayoría de la gente sabe que el flúor está presente en las pastas dentales. El flúor también es usado en el revestimiento de anti reflejantes. También puede ser utilizado para la fabricación de pantallas de plasma/planas y sistemas micro electromecánicos. El uso más común es el del ácido fluorhídrico que es usado en las bombillas de luz.

2.1.2.-Aplicaciones de redes de Bravais cúbicas centradas en el cuerpo (BCC)

Algunos elementos que poseen una red de Bravais BCC son: Wolframio(W), Tantalio (Ta) y Cromo (Cr), entre otros.

La mayoría de los elementos que tienen la red tipo (BCC) son metales de transición, por lo tanto, comparten sus propiedades, como elevados puntos de fusión, dureza y electro conductividad.

“Shriver Atkins Overton Rourke Weller Armstrong. (2006). Química Inorgánica. China: McGraw-Hill.”

2.1.2.1.- Wolframio

El wolframio es un metal maleable, duro y dúctil y tiene un color blanco-plateado, y cuando presenta impurezas es de color gris. Este elemento cuenta con el punto de fusión mas alto de todos los metales y el punto de ebullición mas alto de los elementos que se conoces actualmente. Esto lo hace un elemento muy útil para herramientas de corte (Figura-2), debido a que soporta las altas temperaturas que se genera en la fricción del corte.

El wolframio también posee una buena conductividad eléctrica, por lo que es un candidato ideal en la elaboración de puntos de contacto en un circuito.

2.1.3.-Aplicaciones de redes de Bravais cubica centrada en las caras

Los elementos que comparten este tipo de red son metales fácilmente deformables, como ejemplo podemos observar el oro (Au) y el aluminio (Al) (Figura-3).

2.1.3.1.- Aluminio

El aluminio tiene la fama de ser el metal que mas aplicaciones tiene de todos. Este metal es de lo mas ligeros, en su estado natural posee poca resistencia mecánica (en otras palabras, es blando) y es buen conductor de electricidad. Por estas propiedades, se utiliza en aviones (varios siendo construidos en su totalidad de este elemento) y cualquier tipo de vehículo, debido a su poco peso. En la eléctrica, su principal uso es en cables y alambres. También es el material mas importante en la industria de empaques de alimentos (Figura-4).

2.1.3.2.- Oro

El oro es el metal que posee mas maleabilidad y ductilidad que todos los demás. Puede ser transformado en hilos, laminas transparentes, barras y chapas. La mayoría de los usos del oro (aproximadamente tres cuartas partes de los usos) están destinados a la joyería. Es un metal muy importante en la industria aeroespacial ya que los trajes de astronautas y módulos lunares están cubiertos por una muy fina capa de oro, ya que protege de la radiación solar. En la metalurgia, muchas piezas de acero que estarán en contacto a altas temperaturas son cubiertas con oro. Reactores nucleares y cables telefónicos que se encuentran por debajo del mar también son cubiertos por oro. En la electrónica la mayoría de los contactos y algunas soldaduras están hechas con oro (Figura-4.1).

2.2.- Redes de Bravais Tetragonal

Los tres ejes cristalográficos tienen tres ejes en ángulos rectos (90 °) y dos iguales.

“a” = “b” ≠ c y “α” = “β” = “γ” = 90 ° (Figura-5)

Las tetragonales se dividen en:

• Tetragonal simple

• Tetragonal centrado en el cuerpo

“Gabriel Bolivar. (2018). Estructura Cristalina: Estructura, Tipos y Ejemplos. 2020, de Lifeder”

2.2.1.-Aplicaciones de redes de Bravais Tetragonales

La Calcopirita es un mineral que pertenece a la red de Bravais tetragonal simple. Este mineral también es llamado “pirita de cobre”. Pertenece a los sulfuros y su fórmula es CuFeS2. Su principal uso es la obtención de los elementos que lo componen.

2.2.1.1.- Estaño

El estaño (Sn) (Figura-5.1) se funde a bajas temperaturas, suave y flexible y resistente a la corrosión. Se usa como revestimiento en empaques de cobre y hierro, aunque su mayor debilidad son los ácidos, por lo que no se usa en el almacenamiento de frutas y algunos alimentos. También se utiliza para disminuir la fragilidad del vidrio. Es componente importante en la elaboración del bronce, el cual es la aleación de estaño + cobre.

2.3.- Redes de Bravais Ortorrómbicas

Tiene los tres ejes cristalográficos distintos en ángulos rectos.

“a” ≠ “b” ≠ “c” y “α” = “β” = “γ” = 90 ° (Figura-6)

Las ortorrómbicas se dividen en:

• Ortorrómbica

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