Investigación sobre los enlaces entre átomos y moléculas.

Investigación sobre los enlaces entre átomos y moléculas, las estructuras cristalinas, las estructuras no cristalinas (amorfas) y los materiales de ingeniería.

Introducción

Hoy en día para entender cómo funcionan los materiales y cuando es mejor aplicar un material en lugar de otro es muy importante primero comprenderlos completamente, ya que esto es elemental como lo menciona e l autor en la siguiente cita: “ La comprensión de los materiales es fundamental en el estudio de los procesos de manufactura”. (Mikell, P. 2007). Por lo tanto si se quiere estudiar la manufactura primero es necesario comprender los materiales, ya que es muy importante saber desde cual es la resistencia del material, resistencia en altas temperaturas y otro tipos de características físicas, ya que algunos materiales son los adecuados para ciertos procesos de manufactura, dependiendo el tipo de proceso. El  átomo es la unidad fundamental de la materia, cada uno está compuesto de un núcleo con carga positiva, rodeado por un número suficiente de electrones con carga negativa, de modo que estas quedan balanceadas. Existen cerca de 100 elementos que constituyen los fundamentos químicos de toda la materia, cada elemento se identifica por su número atómico.                  

Contenido      

Los átomos toman forma de moléculas gracias a los tipos de enlace que existen, dependiendo del tipo de electrones de valencia. Cuando  las moléculas se atraen unas con otras con enlaces débiles, se forman dos tipos de enlace, Enlaces primarios, que por lo general se asocian con la formación de moléculas y son más fuertes que los secundarios y los Enlaces secundarios que se asocian con la atracción entre moléculas.

Enlaces primarios: Los enlaces primarios se caracterizan debido a sus atracciones fuertes de átomos con átomos que involucran el intercambio de electrones de valencia. Los enlaces primarios se pueden dividir en tres categorías 1) Enlace iónico, que es cuando los átomos de un elemento entregan sus electrones exteriores provocando la atracción de los átomos de otro elemento, para así incrementar a ocho su número de electrones en la capa exterior, un ejemplo seria el cloruro de sodio,  ya que al momento de la transferencia de electrones entre los átomos se forman iones de sodio y flúor. 2)   Enlace covalente, esté enlace se da cuando  los átomos comparten electrones en sus capas externas, con el fin de lograr un conjunto estable de ocho, ejemplos de enlaces covalentes son los sólidos, ya que  poseen una dureza grande y una conductividad eléctrica baja.  3) Enlace metálico, este enlace se clasifica por compartir electrones de la capa exterior por medio de todos sus átomos para así formar una nube de electrones general que abarca todo el bloque. Esta nube proporciona fuerzas de atracción para mantener a los átomos juntos y formar una estructura rígida y fuerte en la mayoría de los casos, algunas propiedades de los enlaces metálicos es que poseen una buena conductividad de calor y son muy dúctiles.

Enlaces secundarios: Los enlaces secundarios poseen características que implican fuerzas entre moléculas o intermoleculares, en este tipo de enlaces no hay transferencia ni se comparten electrones, por lo que estos enlaces son más débiles que los primarios. Existen tres tipos de enlace secundario, 1) Fuerzas dipolares, estos se ven en una molécula que está formada por dos átomos con cargas eléctricas iguales y opuestas, por lo que cada molécula forma un dipolo, estas fuerzas dipolares forman un enlace neto intermolecular dentro del material. 2) Las fuerzas de London, estos involucran fuerzas de atracción entre moléculas no polares, lo que se refiere a que los átomos en la molécula no forman dipolos en el mismo sentido que los anteriores, estos dipolos proporcionan una fuerza de atracción entre las moléculas del material. 3) Enlace de hidrógeno, ocurre en las moléculas que contienen átomos de hidrógeno enlazados en forma covalente por otro átomo, esto es muy importante, ya que ayuda a la formación de muchos polímeros.

Una estructura cristalina es aquella en la que los átomos se localizan en posiciones regulares y recurrentes en tres dimensiones, y estas  se forman  a partir de la solidificación de cristales en un punto de fusión líquido, está es una característica de todos los metales, y gran parte de cerámicas y polímeros. Sus estructuras pueden verse en forma de celda unitaria, esto quiere decir el agrupamiento geométrico básico de los átomos y  que además se repite.  Existen tres tipos de estructura cristalina 1) Cúbica centrada en el cuerpo,  cuando cada átomo de la estructura está rodeado por ocho átomos adyacentes y los átomos de los vértices están en contacto con las diagonales del cubo. 2) Estructura cubica centrada en las caras, esta estructura se constituye por un átomo en cada vértice y un átomo en cada cara del cubo. 3) Hexagonal de empaquetamiento compacto, esta estructura se forma por un átomo en cada uno de los vértices de un prisma hexagonal, un átomo en las bases del prisma y tres dentro de la celda unitaria.

Las estructuras cristalinas en algunas ocasiones pueden ser imperfectas, ocasionado por la incapacidad del material que se solidifica para continuar sin interrupción la repetición de la celta unitaria en forma indefinida. A las imperfecciones en los sólidos cristalinos también se les conoces como defectos y se dividen en tres categorías. 1) Defectos puntuales, son  las imperfecciones en la estructura cristalina que involucran desde un átomo o varios. Además existen diversos tipos de defectos puntuales como por ejemplo el defecto de vacancia, este es el más simple y ocurre cuando un átomo falta dentro de la estructura de red. Otro defecto es el de vacancia por par de iones, que se da en un par faltante de iones de carga opuesta en un conjunto con balance de carga conjunta. Otro defecto  es el de intersticios, que ocurre con la distorsión de la red producida por la presencia de un átomo adicional en la estructura, por último el desplazamiento iónico que ocurre cuando un ion se mueve se du posición regular. 2) Defectos lineales, estos defectos se dan cuando un grupo de defectos puntuales forman una línea en la estructura de red. Uno de los defectos más importantes es el de dislocación que adopta dos formas, dislocación de borde cuando la arista de un plano adicional existe en la red y una dislocación de tornillo, que es un espiral dentro de la estructura de la red alabeada alrededor de una línea de imperfección. 3) Defectos superficiales, estos defectos son imperfecciones que se extienden en dos direcciones para así forma una frontera.

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