Metalurgia

INTRODUCCIÓN ………………………………………………………………………………………… 3

CONTENIDO …………………………………………………………………………………………

¿Qué es un elemento semiconductor y que tipo de enlace presenta? ............. 4

Explicar la Teoría de Bandas. …………………………………………………………… ………….. 6

Concepto y caracterización del estado Cristalino. ………………………………... 7

¿A qué se le llama estructura amorfa? Mencionar 3 ejemplos. ……………………… 10

¿Qué estudia la Metalurgia y cuáles son los metales más utilizados?

Mencionar 3 ejemplos. …………………………………………………………… ………….. 10

¿Qué aleaciones se utilizan en el sector industrial?

Mencionar 3 ejemplos. …………………………………………………………………….…. 11

Explicar los materiales cerámicos más utilizados en la industria.

Mencionar 3 ejemplos. …………………………………………………………………………. 12

CONCLUSIÓN …………………………………………………………………………………………… 13

BIBLIOGRAFÍA ……………………………………………………………………………………………. 14

Esta investigación hace referencia, más que nada, a sustancias sólidas y a elementos metálicos. Menciona varios metales, muy comunes, los cuales son altamente utilizados en varias áreas de trabajo, como la construcción de casas, edificios, tuberías, entre muchas cosas más. Es necesario resaltar que la información contenida en esta investigación es muy breve ya que los conceptos y funciones que tienen los materiales mencionados, son bastante amplios. Tocaremos temas como los elementos semiconductores y sus tipos de enlaces, los metales y cerámicas más utilizados en la industria, qué es el estado cristalino de la materia. También tocaremos el tema de los niveles de energía de los elementos muy básicamente, y hablaremos de las sustancias amorfas.

Por ejemplo, sabias tú, que una sustancia a morfa es aquella que no presenta una forma similar todo el tiempo, si, es decir, que cambia su forma uno y otra vez conforme se altera su temperatura o en algunos casos, su constitución o propiedades así lo definen. O en el caso de los cristalinos, son simplemente una propiedad de los sólidos. Apuesto a que no tenías ni idea de esto, ¿cierto?

Te preguntaras ¿Para qué nos puede servir toda esta información sobre los metales y materiales? Pues la respuesta es muy sencilla, ya que estamos en contacto con ellos en nuestro día a día, y creemos, que es muy importante y necesario tener un concepto o saber qué es con lo que estas interactuando.

¿Qué es un elemento semiconductor y que tipo de enlace presenta?

Un elemento semiconductor, es aquel que funciona como un conductor o como un aislante dependiendo de algunos factores, como el campo eléctrico o magnético, la radiación, la presión o la temperatura del ambiente en el que se encuentre.

Los semiconductores tienen una conductividad eléctrica inferior a la de un conductor metálico pero superior a la de un buen aislante. El semiconductor más utilizado es el silicio, que es el elemento más abundante en la naturaleza, después del oxígeno. Otros semiconductores son el germanio y el selenio. Los átomos de silicio tienen su orbital externo incompleto con sólo cuatro electrones, denominados electrones de valencia.

Estos átomos forman una red cristalina, en la que cada átomo comparte sus cuatro electrones de valencia con los cuatro átomos vecinos, formando enlaces covalentes.

A temperatura ambiente, algunos electrones de valencia absorben suficiente energía calorífica para librarse del enlace covalente y moverse a través de la red cristalina, convirtiéndose en electrones libres. Si a estos electrones, que han roto el enlace covalente, se les somete al potencial eléctrico de una pila, se dirigen al polo positivo.

El comportamiento eléctrico de un semiconductor se caracteriza por los siguientes fenómenos:

- Los electrones libres son portadores de carga negativa y se dirigen hacia el polo positivo de la pila.

- Los huecos son portadores de carga positiva y se dirigen hacia el polo negativo de la pila.

- Al conectar una pila, circula una corriente eléctrica en el circuito cerrado, siendo constante en todo momento el número de electrones dentro del cristal de silicio.

- Los huecos sólo existen en el seno del cristal semiconductor. Por el conductor exterior sólo circulan los electrones que dan lugar a la corriente eléctrica.

SEMICONDUCTORE INTRÍNSECO

Es un semiconductor puro. A temperatura ambiente se comporta como un aislante porque solo tiene unos pocos electrones libres y huecos debidos a la energía térmica.

En un semiconductor intrínseco también hay flujos de electrones y huecos, aunque la corriente total resultante sea cero. Esto se debe a que por acción de la energía térmica se producen los electrones libres y los huecos por pares, por lo tanto hay tantos electrones libres como huecos con lo que la corriente total es cero.

SEMICONDUCTOR EXTRÍNSICO

Los semiconductores extrínsecos se caracterizan, porque tienen un pequeño porcentaje de impurezas, respecto a los intrínsecos; esto es, posee elementos trivalentes o pentavalentes, o lo que es lo mismo, se dice que el elemento está dopado.

Dependiendo de si está dopado de elementos trivalentes, o pentavalentes, se diferencian dos tipos:

Tipo N: Son los que están dopados, con elementos pentavalentes, como por ejemplo (As, P, Sb). Que sean elementos pentavalentes, quiere decir que tienen cinco electrones en la última capa, lo que hace que al formarse la estructura cristalina, un electrón quede fuera de ningún enlace covalente, quedándose en un nivel superior al de los otros cuatro. Como consecuencia de la temperatura, además de la formación de los pares e-h, se liberan los electrones que no se han unido.

Como ahora en el semiconductor existe un mayor número de electrones que de huecos, se dice que los electrones son los portadores mayoritarios, y a las impurezas se las llama donadoras.

En cuanto a la conductividad del material, esta aumenta de una forma muy elevada, por ejemplo; introduciendo sólo un átomo donador por cada 1000 átomos de silicio, la conductividad es 24100 veces mayor que la del silicio puro.

Tipo P: En este caso son los que están dopados con elementos trivalentes, (Al, B, Ga, In). El hecho de ser trivalentes, hace que a la hora de formar la estructura cristalina, dejen una vacante con un nivel energético ligeramente superior al de la banda de valencia, pues no existe el cuarto electrón que lo rellenaría.

Esto hace que los electrones salten a las vacantes con facilidad, dejando huecos en la banda de valencia, y siendo los huecos portadores mayoritarios.

Explicar la Teoría de Bandas.

Cuando una gran cantidad de átomos se unen, como en las estructuras sólidas, el número de orbitales de valencia (los niveles de energía más altos) es tan grande y la diferencia de energía entre cada uno de ellos tan pequeña que se puede considerar como si los niveles de energía conjunta formaran bandas continuas más que niveles de energía como ocurre en los átomos aislados. Sin embargo, debido a que algunos intervalos de energía no contienen orbitales, independiente del número de átomos agregados, se crean ciertas brechas energéticas entre las diferentes bandas.

Dentro de una banda los niveles de energía son tan numerosos que tienden a considerarse continuos si se cumplen dos hechos:

- Si la separación entre niveles de energía en un sólido es comparable con la energía que los electrones constantemente intercambian en fotones;

- Si dicha energía es comparable con la incertidumbre energética debido al principio de incertidumbre de Heisenberg, para periodos relativamente largos de tiempo.

Bandas de Energía

La banda de valencia (BV): está ocupada por los electrones de valencia de los átomos, es decir, aquellos electrones que se encuentran en la última capa o nivel energético de los átomos. Los electrones de valencia son los que forman los enlaces entre los átomos, pero no intervienen en la conducción eléctrica.

La banda de conducción (BC): está ocupada por los electrones libres, es decir, aquellos que se han desligado de sus átomos y pueden moverse fácilmente. Estos electrones son los responsables de conducir la corriente eléctrica.

Para que un material sea buen conductor de la corriente eléctrica debe haber poca o ninguna separación entre la BC y la BV, de manera que los electrones puedan saltar entre las bandas. Cuando la separación entre bandas sea mayor, el material se comportará como un aislante. En ocasiones, la separación entre bandas permite el salto entre las mismas de solo algunos electrones. En estos casos, el material se comportará como un semiconductor. Para que el salto de electrones entre bandas en este caso se produzca deben darse alguna o varias de las siguientes situaciones: que el material se encuentre a altas presiones, a una temperatura elevada o se le añadan impurezas. Entre la banda de valencia

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