TEMA I y II. INTRODUCCION Y ESTRUCTURA ATÓMICA

TEMA I y II. INTRODUCCION Y ESTRUCTURA ATÓMICA

1. El aluminio puro es un material dúctil con baja resistencia a la tensión y poca dureza. Su oxido Al2O3 es extremadamente fuerte, duro y frágil. ¿Puede explicar este comportamiento desde el punto de vista de los enlaces atómicos?

Debido a que el aluminio es un metal de tipo no ferroso, podemos decir que los enlaces atómicos que posee son de tipo metálico y que se distinguen por ser “no direccional”, lo cual le proporciona al material su alta conductividad eléctrica y térmica. Por otro lado, es difícil encontrar el aluminio en su estado puro ya que al contacto con el aire el material se recubre en una capa dura y transparente de óxido de aluminio, la cual le concede propiedades deseables como el hecho de ser un material que resiste a la corrosión. Entonces, el Al2O3 forma un enlace de tipo iónico y por tanto se convierte en un material frágil ya que al ingresar el oxígeno a la molécula, sus enlaces se vuelven más rígidos y esto ocasiona que se convierta en un material duro y frágil.

1.  El boro tiene un coeficiente de expansión térmica más bajo que el aluminio, Inclusive cuando ambos pertenecen al grupo IIIB de la tabla periódica, ¿considera usted que este es un comportamiento esperado? ¿Por qué?

Consideramos que sí es un comportamiento esperado ya que a pesar de pertenecer al mismo grupo, ambos elementos poseen propiedades distintas al ser el aluminio un metal y el boro un no metal. Debido a esto, se espera que por la estructura cristalina y de enlace metálico que posee el aluminio, éste tenga un coeficiente de expansión térmica mayor que el boro.

1.  ¿Cómo puede explicarse las altas conductividades eléctricas y térmicas de metales por el modelo del “gas o nube electrónica” del enlace metálico? ¿Y la ductilidad?

Las altas conductividades eléctricas y térmicas en los metales se debe a su estructura atómica, ya que los enlaces que se forman en estos elementos son de tipo no direccional y por tanto, podríamos decir que los núcleos que conforman los átomos se encuentran fijos pero sus electrones de valencia se encuentran libres de unirse con otros. Debido a esto, se forma el modelo del “gas o nube electrónica” y una estructura que permite una alta ductilidad, ya que a diferencia de un enlace direccional, cuando se forman los enlaces no son tan rígidos y esto le permite mucho más movimiento a la molécula sin fracturarse formando materiales altamente dúctiles.

5. Al aumentar la temperatura de un superconductor se rompen los enlaces covalentes. Por cada enlace roto se liberan dos electrones, que se mueven y transfieren energía.

a) ¿Qué fracción total de electrones de valencia tienen movimiento en 50 g de silicio?

Datos:

 Peso atómico del silicio: 28.1 g/mol

28.1 g →1 mol                                1      mol →6.023x1023 átomos

50    g →    x                                            1.77 mol →    x        

x= 1.77 moles                                        x= 1.06x1024 átomos

Como hay dos electrones de valencia libres por cada átomo entonces tenemos que la cantidad de electrones libres en 50 g de silicio será:

Electrones libres= (1.06x1024 átomos)*2 = 2.1 x1024 electrones

b) ¿Qué fracción de enlaces covalentes se deben romper para que 5x1015 electrones conduzcan carga eléctrica de 50 g de silicio?

Como el número de átomos es aproximadamente la misma cantidad de enlaces, tenemos que hay 1.06x1024 átomos y enlaces en 50 g de silicio. Con el proceso anterior determinamos la cantidad electrones de valencia que se liberarían en caso de romper todos los enlaces covalentes. Como queremos saber los enlaces que debemos romper para liberar 5x1015 electrones, entonces:

2.1 x1024 electrones →100% de los enlaces

5x1015 electrones    →    x        

        x= 2.38x10-7 %  de los enlaces

TEMA III: ESTRUCTURAS CRISTALINAS Y AMORFAS

1. Dibuje los planos que tienen índices de Miller (1 0 1), (2 2 1), (1 1 1) y (0 1 1) en la celda unitaria del aluminio. Utilice el sistema de coordenadas derecho. Justifique el procedimiento y el resultado.

El procedimiento que fue usado para determinar todos los índices de Miller que nos presenta el problema fueron primero ubicar el punto en el eje de las “x”, luego se determinaba su punto en el de las “y”, y por último en el de la “z”, para que de esta manera se pudiera trazar el triángulo que nos da el área en la que se puede apreciar el índice de Miller, todo esto teniendo en cuenta que todas las coordenadas debían estar en valores iguales o menores a 1.

[pic 1]

1. En el primero se logra observar que en el eje de las “y” nunca llega a tocar, nada más está en el de las “x” y de la “z” y es por las coordenadas dadas ya que en “y” estaría tendiendo realmente hacia el infinito por lo que nunca lo toca.

[pic 2]

En la segunda se logra observar una forma triangular ya que el índice se encuentra en los tres ejes pero a su vez se realiza la conversión para que este pueda estar en los parámetros del 1 y de esta forma nos queda que en el eje “z” nada más toca en un punto medio.

[pic 3]

En el tercero al igual que los dos anteriores encontramos el origen al frente ya que en el eje de las “x” tiende hacia un lado negativo por lo que se ubica, al igual que los otros dos, atrás y los otros dos puntos en sus sitios para de esta manera darnos la forma de triángulo.

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