La definición de la cristalografía

3.CRISTALOGRAFÍA

Introducción

La mayoría de materiales sólidos poseen una estructura cristalina, conformada por el arreglo interno de sus átomos. La descripción de un sólido cristalino es por medio de las red de Bravais, que especifica cómo las unidades básicas que lo componen (átomos, grupos de átomos o moléculas) se repiten periódicamente a lo largo del cristal.

El presente capítulo tiene como objetivo conocer la definición de cristalografía, algunos tipos de planos cristalinos, sus densidades volumétricas y planares, así como también se definirán las imperfecciones cristalinas y sus diferentes tipos.

CRISTALOGRAFÍA

La cristalografía es una ciencia que se ocupa del estudio de la materia cristalina, de las leyes que gobiernan su formación, y sus propiedades geométricas, químicas, y físicas.

– Esta ciencia se clasifica en:

A). cristalografía geométrica.

B). cristalografía química o cristaloquímica.

C). cristalografía física o cristalofísica.

- En la cristalografía geométrica se estudia :

A). la morfología externa de los cristales y su simetría.

B). la geometría y simetría de las redes.

- Cuando se trata a la materia cristalina desde un punto de vista macroscópico hay que considerarla como:

A). Un medio homogéneo o continuo, anisótropo y simétrico.

- Cuando se estudia la simetría interna hay que considerar la materia cristalina como:

A). un medio homogéneo y discreto, además de isótropo y simétrico.

- En la cristaloquímica se estudia la disposición de los átomos en la materia cristalina; es decir, su estructura; en este caso hay que introducir el concepto de cristal real, ya que hay que considerar sus imperfecciones, al contrario de como se consideraba en la cristalografía geométrica.

- En la cristalofísica se estudian las propiedades físicas de los cristales intentando relacionarlas con la composición química y la estructura.

- Propiedades importantes a considerar. En esta parte son las que derivan de la interacción de la radiación X con la materia, ya que ellas permiten conocer la disposición de los átomos en la estructura, identificar faces cristalinas, etc.

Las partículas de los cuerpos sólidos, salvo excepciones, se ordenan en el espacio de acuerdo a determinados tipos de redes geométricas, también llamadas cristalinas. Esta ordenación, que da a los sólidos su consistencia y la mayor parte de sus propiedades, constituye el campo de estudio de la cristalografía.

FIGURA 1

(FORMACIÓN DE UN CRISTAL).

Los sólidos cristalinos tienden a adoptar estructuras internas geométricas basadas en líneas rectas y planos paralelos.

Los componentes de los sólidos pueden ser de cuatro tipos:

Átomos: partículas elementales de materia con carga eléctrica neutra.

Iones: átomos con carga eléctrica negativa (aniones) o positiva (cationes) debidos a la transferencia o recepción, respectivamente, de uno o más electrones.

Grupos iónicos: agrupación de varios iones de los mismos o diferentes elementos químicos.

Moléculas: agrupación de varios átomos del mismo o de diferentes elementos.

ESTADO CRISTALINO

Es el estado de equilibrio termodinámico de un sólido bajo unas condiciones termodinámicas (P, T) y con una composición determinada que corresponde a una determinada estructura cristalina.

ESTRUCTURA CRISTALINA

• Es la disposición periódica y ordenada en el espacio de tres dimensiones de los constituyentes atómicos de un sólido en estado cristalino.

• Ejemplo:

El cristal de halita (Figura 2.2). Está constituido por iones cloro y iones de sodio dispuestos en el espacio (Estructura cristalina Figura 2.1).

TIPOS DE CRISTALES

- MONOCRISTAL:

Se define como cristal único.

Ejemplo:

Cada uno de los cristales de granate espesartita de la imagen inferior constituye un monocristal porque está constituido por un único cristal.

FIGURA 3.

(MONOCRISTAL DE CALCITA MEXICO).

FIGURA 4.

(MONOCCRISTAL DE GRANATE CHINA).

ALGUNAS APLICACIONES EN INGENIERÍA REQUIEREN MONOCRISTALES:

FIGURA 5.

(MONOCRISTAL DE DIAMANTE PARA ABRASIVOS).

http://www.urgelesdiamant.com/monocristal.htm

FIGURA 6.

(ASPAS DE TURBINAS FABRICAS A PARTIR DE MONOCRISTALES).

http://es.123rf.com/photo_9938372_aspas-de-turbina-de-un-avion-jet-motor.html

Las propiedades de los materiales cristalinos se relacionan con su estructura.

Ejemplo: el cuarzo se fractura más fácilmente a lo largo de algunos planos que de otros.

FIGURA 7.

(ESTRUCTURA DE CUARZO).

estrelladanzante.wordpress.com

Ejemplo: cada uno de los cristales de granate espesartita (Figura 7). Constituye un monocristal porque está constituido por un único cristal

FIGURA 8.

http://www.publiboda.com/granates/index.html

– POLICRISTALES

Un policristal o material policristalino es un agregado de pequeños cristales de cualquier sustancia, a los cuales, por su forma irregular, a menudo se les denomina cristalitos o granos cristalinos. Muchos materiales de origen tanto natural (minerales y metales) como sintético (metales, aleaciones, cerámica, etcétera) son policristales.

- Propiedades:

Las propiedades de los policristales están condicionadas por las propiedades de los granos cristalinos componentes, tales como:

Tamaño medio. Comúnmente varía entre 1 y 2 micrones («micras»), de símbolo μ, hasta unos cuantos milímetros, y en algunos casos hasta unos cuantos metros.

Orientación cristalográfica de los granos. Si los granos están orientados caóticamente y son pequeños comparados con el policristal, en éste no se detecta anisotropía de las propiedades físicas, la cual es propia de monocristales.

Estructura del borde de grano. Así mismo, si en el policristalino hay una predominante orientación cristalográfica de los granos, el policristal se denomina texturizado. En este caso existe anisotropía de las propiedades. Puesto que en los bordes de los granos hay dispersión de electrones de conductibilidad, fotones, frenaje de dislocaciones, etcétera, los bordes influyen esencialmente en las propiedades físicas –especialmente en las mecánicas– de los policristales.

Los policristales se generan por cristalización, o por transformaciones polimórficas, o como resultado de aglomeración de polvos cristalinos. Son menos estables que los monocristales. Por lo tanto, al someter un policristal ha recocido prolongado se puede producir recristalización: crecimiento preponderante de unos cuantos granos a costa de otros, que culmina en formación de grandes bloques cristalinos.

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