LOGO MATERIALES EN INGENIERIA MATERIALES CURIOSOS 1. Humo sólido. 1. Soporta más de mil veces su propio peso. 2. Buen aislante térmico. 3. Desalinizador de agua de mar. ITESS MATERIALES CURIOSOS 2. Nanotubos de carbono. 1. Estructura más resistente del mundo. 2. Propiedades varían con longitud y forma. ITESS MATERIALES CURIOSOS 1. Viscosidad no definida ni constante. 3. Fluidos no newtonianos. 2. Video 1, video 2. ITESS MATERIALES CURIOSOS 4. Ferrofluidos. 1. Reacciona ante campos magnéticos. 2. Reaccionan ante campos electromagnéticos. 3. Video 1, video 2. ITESS MATERIALES CURIOSOS 5. Meta-materiales. 1. Índice refracción negativo. 2. Curva la luz 3. Video1, video 2. Simulación auto. ITESS MATERIALES CURIOSOS 6. Alumina transparente. 1. Mas resistente que acero. 2. Transparente. Simulación auto. ITESS DISTINTOS MATERIALES Introducción www.themegallery.com Conceptos básicos www.themegallery.com Conceptos básicos. www.themegallery.com CLASIFICACIÓN MATERIALES Existen diversas formas de clasificar a los materiales. El programa pide estudiar: •Materiales puros. •Aleaciones ferrosas y no ferrosas. •Materiales orgánicos. •Materiales inorgánicos. •Materiales cerámicos. www.themegallery.com Clasificación MATERIALES PUROS Son aquellos que están tal y como son en la naturaleza sin sufrir ningún cambio o alteración, los materiales mas puros son los que se encuentran en la tabla periódica. Todos los materiales están integrados por átomos los que se organizan de diferentes maneras, dependiendo del material que se trate y el estado en el que se encuentra, ya sea de manera alotrópica. Los materiales puros se clasifican en: Metales, Metaloides y No Metales. www.themegallery.com Clasificación ALEACIONES FERROSAS • Tienen al hierro como su principal metal de aleación. • Los aceros que son aleaciones ferrosas, son las más importantes principalmente por su costo relativamente bajo y la variedad de aplicaciones por sus propiedades mecánicas. •Los aceros inoxidables son las aleaciones ferrosas más importantes a causa de su alta resistencia a la corrosión en medios oxidantes, para ser un acero inoxidable debe contener al menos 12% de cromo. www.themegallery.com Clasificación ALEACIONES NO FERROSAS • Las aleaciones no ferrosas NO tienen al hierro como principal metal de aleación. Tienen algún otro metal. •Las aleaciones de aluminio son las más importantes por ligereza, resistencia a corrosión y costo relativamente bajo. •Otras aleaciones no ferrosas son las de magnesio, titanio y níquel. Las de magnesio son excepcionalmente ligeras y tienen aplicaciones aeroespaciales. www.themegallery.com •Las aleaciones de titanio son caras, pero tienen una combinación de resistencia y ligereza que no es asequible para cualquier otro sistema de aleación y por esta razón se usan ampliamente en las piezas estructurales de los aviones y en prótesis. •Con la mezcla de níquel, cobalto y cromo se forma la base para las superaleaciones de níquel, necesarias para las turbinas de gas de aviones de propulsión a chorro y algunas baterías eléctricas. www.themegallery.com Clasificación MATERIALES ORGÁNICOS • Se les denomina así cuando contienen células vegetales o animales. •La base de los compuestos orgánicos es el carbono. •Usualmente se pueden disolver el alcohol. No se disuelven en agua y no soportan altas temperaturas. •Ejemplos: Plásticos, derivados del petróleo, madera, papel, hule, piel. www.themegallery.com Clasificación MATERIALES INORGÁNICOS •Materiales que NO proceden de células vegetales, animales o relacionadas con el carbono. •Usualmente se pueden disolver el agua. Soportan temperaturas mayores que los materiales orgánicos. •Ejemplos: Minerales, cemento, cerámica. www.themegallery.com CONCEPTOS QUÍMICA ESTRUCTURA ATÓMICA ISÓTOPOS Átomos de un mismo elemento, cuyos núcleos tienen una cantidad diferente de neutrones, y por lo tanto, difieren en su masa. Para denotar un isótopo se utiliza el número de masa. El número de masa es el número de protones más neutrones en el núcleo y se denota por un superíndice como el los siguientes ejemplos. Ejemplos: 12 C 14 C •6 Protones, 6 electrones y 6 neutrones. 1 •1 Protón, 1 electrón y 0 neutrones. H •6 Protones, 6 electrones y 8 neutrones. www.themegallery.com CONCEPTOS QUÍMICA ESTRUCTURA ATÓMICA ALOTROPÍA •Es la propiedad que poseen determinados elementos químicos de presentarse bajo estructuras químicas diferentes. •Como ejemplo se presenta a el carbono, el cual se puede encontrar con las siguientes estructuras: Grafito Hexagonal (También existe romboédrica) Diamante Fulereno C60 (Buckminsterfullereno) www.themegallery.com CONCEPTOS QUÍMICA ESTRUCTURA ATÓMICA ALOTROPÍA Nanotubos de carbono. www.themegallery.com ESTRUCTURA ATÓMICA Enlaces atómicos: • Metálicos. • Iónicos • Covalentes. • Van der Waals www.themegallery.com ENLACES METÁLICOS ESTRUCTURA ATÓMICA ENLACES METÁLICOS •Átomos electropositivos que donan sus electrones de valencia para formar un “mar” de electrones. •Las partes centrales de los iones con carga positiva se mantienen unidos por medio de la atracción mutua al electrón. •Debido al mar de electrones los metales son buenos conductores. •Muestran buena ductilidad ya que los enlaces no son direccionales. www.themegallery.com ENLACES COVALENTES ESTRUCTURA ATÓMICA ENLACES COVALENTES •Compartición de electrones de valencia por dos o más átomos. Ejemplo: silicio. •Para que se formen los enlaces covalentes los átomos de silicio deben arreglarse de tal manera que los enlaces tengan una relación direccional fija entre sí. •Los enlaces entre los átomos forman ángulos específicos que dependen del material. www.themegallery.com ENLACES COVALENTES ESTRUCTURA ATÓMICA ENLACES COVALENTES •Los materiales con enlaces covalentes son muy fuertes. Ejemplos: diamante (C), nitruro de boro (BN), carburo de silicio (SiC), nitruro de silicio (Si3N4). . . Diamante (C) Nitruro de boro (BN). carburo de silicio (SiC), www.themegallery.com ENLACE IÓNICO ESTRUCTURA ATÓMICA ENLACES IÓNICOS •Cuando está presente más de un tipo de átomo en un material, un átomo puede donar sus electrones de valencia a un átomo distinto llenando la capa de energía externa del segundo átomo. •Ambos átomos tendrán niveles de energía externos llenos y se comportan como iones. •Al átomo que dona electrones se le llama catión y al que recibe se le llama anión. . www.themegallery.com ESTRUCTURA ATÓMICA ENLACE DE VAN DER WAALS ENLACES DE VAN DER WAALS •Si dos cargas eléctricas +q y – q están separadas una distancia d, el momento dipolar se define como q X d. •Un átomo normal es eléctricamente neutro y los centros de la carga positiva y negativa coinciden. Por lo tanto no tienen momento dipolar. •Un átomo o molécula en presencia de un campo eléctrico interno o externo se polariza. Es decir, se produce un momento dipolar. •Los átomos o moléculas polarizadas se atraen entre sí. A la fuerza resultante se le llama fuerza de Van der Waals. . www.themegallery.com ESTRUCTURA ATÓMICA ENLACE DE VAN DER WAALS ENLACES DE VAN DER WAALS •Existen moléculas polarizadas de manera natural por la dirección de los enlaces. Ejemplo: agua. . •Existen 3 tipos de interacciones de Van der Waals. Fuerzas de London • Interacción entre 2 dipolos inducidos. Ejemplo tetracloruro de carbono. Interacción de Debye. • Interacción entre dipolo inducido y dipolo permanente. Interacciones de Keesom. Interacción entre dos dipolos permanentes. www.themegallery.com ESTRUCTURA ATÓMICA ELECTRONEGATIVIDAD La electronegatividad se define como la capacidad de un átomo para atraer electrones hacia sí en una situación de enlace. Usar ejemplo SiO2 www.themegallery.com ESTRUCTURA ATÓMICA Tipos de orden CELDA UNITARIA Celda unitaria La celda unitaria es una subdivisión de la red cristalina que sigue conservando las características generales de la red. www.themegallery.com TIPOS DE REDES ESTRUCTURA CRISTALINA Existen 14 tipos de redes para organizar los puntos de red. Se agrupan en siete sistemas cristalinos: •Cúbico. •Tetragonal. •Ortorrómbico. •Romboédrico (Trigonal). •Hexagonal. •Monoclínico. •Triclínico. www.themegallery.com TIPOS DE REDES ESTRUCTURA CRISTALINA Existen 14 tipos de redes para organizar los puntos de red. Se agrupan en siete sistemas cristalinos: •Cúbico. •Tetragonal. •Ortorrómbico. •Romboédrico (Trigonal). •Hexagonal. •Monoclínico. •Triclínico. www.themegallery.com TIPOS DE REDES ESTRUCTURA CRISTALINA www.themegallery.com TIPOS DE REDES ESTRUCTURA CRISTALINA www.themegallery.com TIPOS DE REDES ESTRUCTURA CRISTALINA PARÁMETROS DE RED www.themegallery.com TIPOS DE REDES ESTRUCTURA CRISTALINA www.themegallery.com TIPOS DE REDES ESTRUCTURA CRISTALINA www.themegallery.com TIPOS DE REDES ESTRUCTURA CRISTALINA www.themegallery.com TIPOS DE REDES ESTRUCTURA CRISTALINA www.themegallery.com TIPOS DE REDES ESTRUCTURA CRISTALINA www.themegallery.com TIPOS DE REDES ESTRUCTURA CRISTALINA www.themegallery.com COORDENADAS ESTRUCTURA CRISTALINA www.themegallery.com IMPORTANCIA DIRECCIÓN ESTRUCTURA CRISTALINA Anisotrópico: Si sus propiedades dependen de la dirección cristalográfica a lo largo de la cual se mide la propiedad. Isotrópico: Si las propiedades son idénticas en todas las direcciones. Ejemplos materiales anisotrópicos: •Los metales con mayor facilidad en las direcciones a lo largo de las cuales los átomos están en mayor contacto. •Dependencia de las direcciones cristalográficas de las propiedades magnéticas del hierro y otros materiales magnéticas. Es mucho más sencillo magnetizar el hierro en la dirección [100] en comparación con las direcciones [111] ó [110]. Los granos en los aceros de Fe-Si utilizados en aplicaciones magnéticas están orientados en las direcciones [110] o equivalentes. www.themegallery.com ESTRUCTURA ATÓMICA ESTRUCTURA ELEMENTOS Estructura Cristalina Cúbica Centrada en las Caras FCC. En Español CCP Estructura Cristalina Cúbica Centrada en el Cuerpo BCC Estructura Cristalina Hexagonal Compacta HCP www.themegallery.com Los materiales metálicos tienden a ordenarse de forma más compacta, de 3 maneras: Cúbica centrada en el interior: Tiene átomos en cada uno de los vértices del cubo que integra a su estructura y un átomo en el centro. Se encuentran con esta estructura el cromo, el molibdeno y el wolframio. www.themegallery.com Cúbica centrada en las caras : Tiene átomos en los vértices y en cada una de sus caras, su cambio es notado además de por los rayos X por la modificación de sus propiedades eléctricas, por la absorción de calor y por las distancias intermoleculares. A temperatura elevada el aluminio, la plata, el cobre, el oro, el níquel, el plomo y el platino son algunos de los metales que tienen esta estructura de malla. Al Ag Cu Au Ni Pb Pt www.themegallery.com Hexagonal compacta : La malla hexagonal compacta se encuentra en metales como el berilio, cadmio, magnesio, y titanio. Es una estructura que no permite la maleabilidad y la ductilidad, es frágil . www.themegallery.com ESTRUCTURA CRISTALINA De las características de los metales que influye notablemente en sus propiedades es el tamaño de grano, el cual depende de la velocidad de enfriamiento en la solidificación del metal, la extensión y la naturaleza del calentamiento que sufrió el metal al ser calentado. Grano de las estructuras metálicas: Cuando un metal en su estado líquido se enfría sus cristales se van solidificando formando estructuras dendríticas, las que crecen uniformes hasta que se encuentran con otra estructura que también ha estado creciendo, en ese lugar de encuentro de las dos estructuras se forman los límites de los granos de los materiales. www.themegallery.com Entre más lento el enfriamiento de un material, mayor uniformidad en el crecimiento de los granos, o sea estos serán de menor tamaño. Un material con granos pequeños será más duro que un con granos grandes, debido a que los granos grandes tienden a fracturarse y deslizarse uno sobre el otro, lo que no sucede con los granos pequeños www.themegallery.com Estructura de los No Metales El grafito es negro, blando y un lubricante excelente, lo que sugiere que sus átomos deben estar distribuidos (empaquetados) de un modo que puedan entenderse sus propiedades. Sin embargo, el diamante es transparente y muy duro, por lo que debe esperarse que sus átomos estén muy fijamente unidos. En efecto, sus estructuras sub-microscópicas (a nivel atómico) dan cuenta de sus diferencias. Diamante, con estructura muy compacta Grafito, con estructura atómica en láminas www.themegallery.com Estructura de los No Metales Formas alotrópicas del oxigeno; se puede encontrar en forma atómica, En la naturaleza en el aire de forma de gas en O2 formando parte del aire que respiramos Aunque resulten ser el mismo elemento, tienen características diferentes debido a su estructura molecular. (O3), altamente oxidante debido a la inestabilidad de su estructura molecular y tóxico a concentraciones elevadas. Puede tener efectos corrosivos sobre materiales y, a determinadas concentraciones, efectos irritantes sobre las mucosas de los seres vivos. www.themegallery.com Estructura de los Metaloides El boro es un elemento metaloide, semiconductor, trivalente que existe abundantemente en el mineral bórax. El boro presenta multitud de formas alotrópicas que tienen como elemento estructural común un icosaedro regular. El elemento químico puede adoptar una gran variedad de estructuras diferentes que son, además, extremadamente sensibles a la presencia de pequeñas cantidades de impurezas químicas. www.themegallery.com La ordenación de los icosaedros puede ser de dos formas distintas: Unión de dos icosaedros por dos vértices, mediante enlaces covalentes normales (figura 1). Unión de tres icosaedros por tres vértices, mediante un enlace de tres centros con dos electrones (figura 2). www.themegallery.com LOGO www.themegallery.com
