TIPOS DE EMPAQUETAMIENTOS

TIPOS DE EMPAQUETAMIENTOS

Empaquetamiento de esferas: la estructura cristalina de un sólido es el que se relaciona con el empaquetamiento de esferas rígidas que se tocan unas con otras en las tres direcciones del espacio.

Cada una de las posibles formas de empaquetamiento se corresponde con un sistema cristalino definido en términos del retículo y celda unitaria. Así que hay una equivalencia entre uno y otro modelo. Sin embargo el modelo de esferas empaquetadas es menos abstracto y se identifica mejor con las características reales de átomos, moléculas e iones.

A continuación se describen las formas básicas de empaquetamiento de esferas

• Empaquetamiento cúbico simple: Se trata de esferas colocadas exactamente unas junto a las otras y unas encima de las otras. En una disposición así, las esferas ocupan el 52% del espacio disponible; como se muestra en la siguiente figura.

ü A cada esfera la rodean otras seis a iguales distancias, por lo que el número de coordinación entre ellas es de seis.

ü Entre cada 8 esferas hay un espacio vació o hueco, llamado también intersticio cristalino, que en esta disposición de esferas se denomina sitio cúbico. A este espacio lo rodean 8 esferas a distancias todas iguales del centro del sitio. Se dice que este sitio tiene número de coordinación igual a ocho.

ü El número de sitios cúbicos que se definen con este empaquetamiento es igual al número de esferas empaquetadas.

ü Se puede calcular que el tamaño del sitio cúbico es: r(cub) = 0,732 r(esfera)

ü El modelo de empaquetamiento cúbico de esferas se corresponde con el del retículo cúbico simple.

Empaquetamiento cúbico centrado en el cuerpo: Es una variante del anterior que supone una esfera adicional en el sitio cúbico del empaquetamiento cúbico simple. Este empaquetamiento es poco frecuente y por lo tanto de menos interés.

En la siguiente figura se muestra una representación de empaquetamiento cúbico centrado en el cuerpo.

ü En el empaquetamiento cúbico centrado en el cuerpo, las esferas ocupan el 68% del espacio, por lo que resulta más compacto que el cúbico simple.

ü Se corresponde con el modelo de retículo cúbico centrado en el cuerpo.

Empaquetamientos compactos, cúbico y hexagonal: Este es la forma de ordenamiento más compacto posible en una capa que se denominará "capa a"

Y se muestra en la figura

Las esferas pequeñas solo indican las posibles posiciones que pueden ocupar las esferas en una segunda capa

Una segunda capa de esferas, la capa b, se coloca encima de la primera de manera que cada esfera se coloque en una fisura entre las esferas de la primera capa. Esta es la forma más compacta de acomodar las dos capas en el espacio.

En la figura se muestra las dos posibles formas de empaquetar la segunda capa sobre la primera.

Empaquetamiento a a

empaquetamiento a b

ü La variante a a no conduce a una ocupación máxima del espacio.

ü La variante a b es la forma más compacta posible

Se debe ahora colocar una tercera capa sobre la segunda y aquí hay también dos modos posibles de hacerlo.

Uno de ellos es tal que las esferas de la tercera capa queden directamente encima de las de la primera. La disposición de las capas en esta modalidad puede describirse como:

a b a b a b a b a b ........

Este tipo de ordenamiento recibe el nombre de Empaquetamiento Hexagonal Compacto (EHC). Se corresponde con el modelo de retículo hexagonal.

El otro modo de colocar la tercera capa es tal que sus esferas no coinciden con las de la primera. La disposición de las capas puede describirse como:

a b c a b c a b c............

Este tipo de ordenamiento recibe el nombre de Empaquetamiento Cúbico Compacto (ECC). Se corresponde con el modelo de retículo cúbico centrado en las caras.

En la figura se explica gráficamente la construcción por capas de los EHC y ECC.

Empaquetamiento a b a Empaquetamiento a b c

En las figuras se muestran los retículos cristalinos hexagonales y cúbicos centrados en las caras correspondientes a los modelos de EHC y ECC.

Dos formas equivalentes de representar la red hexagonal

Dos formas

equivalentes de representación:

1. la red cúbica centrada en el cuerpo.

2. la red de un cubo-octaedro.

Algunas características de los empaquetamientos compactos son las siguientes:

1. En ambos empaquetamientos las esferas ocupan el 74% del espacio disponible y estas son las maneras más compactas posibles de acomodarlas. Por lo mismo es la máxima ocupación del espacio que es posible lograr empaquetando esferas.

2. En ambos empaquetamientos compactos cada esfera está en contacto con otras doce, seis en su capa, tres de la capa superior y tres de la capa inferior.

3. En los empaquetamientos compactos hay dos tipos importantes de sitios o intersticios, los tetraédricos y los octaédricos.

Los sitios tetraédricos se forman entre cuatro esferas, tres de la misma capa y una de la capa contigua. Esto se muestra en la figura:

ü El número de coordinación de un sitio tetraédrico es cuatro y su tamaño puede calcularse que es: r(tetraed) = 0,225 r(esfera)

ü El número de sitios tetraédricos en una porción del espacio es el doble en comparación con el número de esferas.

Los sitios octaédricos se forman entre dos conjuntos de tres esferas de capas contiguas. Esto se muestra en la figura.

Defectos reticulares o imperfecciones en los sólidos.

Pueden ser:

1. Puntuales

2. Lineales

3. Superficiales

4. Volumentricos

1. Puntuales.

a. Vacancias: Hueco debido a la ausencia del átomo que se encontraba en esa posición de la red.

b. Átomo Sustitucional e Intersticial: Se trata de la presencia de átomos extraños (impurezas o aleantes) en puntos reticulares o en huecos de la estructura cristalina de un metal puro, o de un cristal covalente o iónico.

2. lineales.

Dislocaciones: son defectos asociados a la presencia de planos reticulares anómalos en el cristal, tanto por su ubicación como por su orientación.

3. Superficiales.

a. Bordes de Grano: Los bordes de grano se crean en los metales durante la solidificación, cuando los cristales formados a partir de diferentes núcleos crecen simultáneamente y se encuentran unos con otros Su aspecto queda determinado por las restricciones impuestas por el crecimiento de los granos vecinos.

b. Límites de maclas: es un tipo especial de borde de grano respecto al cual existe una simetría de red; los átomos de un lado de ese plano son como imágenes de los átomos que se encuentran al otro lado.

C. Fallas de Apilamiento: Son regiones que presentan una estructura cristalina diferente a la del metal original.

4. Volumétricos:

a. Poros

b. Grietas.

c. Inclusiones.

d. Precipitados.

Los precipitados son segundas fases que se forman en las aleaciones metálicas debido a la disminución de solubilidad de las soluciones sólidas. El precipitado posee una red cristalina propia, distinta de la del cristal.

propiedades cristalinas:

la materia cristalina contiene las siguientes propiedades:

PERIOCIDAD

HOMOGENEIDAD

SIMETRIA

ANISOTROPIA

Periodicidad.

La materia cristalina es periódica es decir, los átomos que forman el cristal se encuentran siempre a distancias específicas, esto se conoce como periodo de traslación o PIU (Periodo de Identidad Unidad) y se miden en Amstrong (Å) . El cristal está formado por la repetición monótona de agrupaciones de átomos paralelas entre si y a distancias específicas. Por ejemplo un cristal de sal está formado por la repetición constante de aniones cloro y cationes sodio.

Homogeneidad.

La materia cristalina es homogénea, el motivo que se repite es siempre el mismo y no se distinguen entre ellos, cada nudo de la red es idéntico a todos y cada uno de los demás.

Simetría.

La materia cristalina es simétrica, se define simetría como la operación que lleva a coincidir un nudo con sus homólogos. Los elementos de simetría básicos pueden verse en el artículo de la wikipedia y las formas cristalográficas con sus elementos de simetría en la web de cristamine (clic en el menú de la izquierda en la opción Formas cristalinas en 3D).

Anisotropía.

En un medio cristalino la distancia entre nudos puede variar según la dirección que se tome, cuando una propiedad depende de la dirección en que se mide se dice que la propiedad es anisótropa y el fenómeno se

denomina anisotropía, es el caso por ejemplo de la conductividad eléctrica o de la dureza. Los minerales que cristalizan en el Sistema Cúbico (o Regular), es decir, el de máxima símetría, con sus atomos o iones igualmente distribuidos en las tres direcciones principales del espacio, son isótropos. Los pertenecientes al resto de los sistemas cristalinos son anisótropos, las disposiciones de sus elementos constituyentes varian con la dirección. Un mismo cristal puede presentar propiedades anisótropas y propiedades isótropas que no dependen de la dirección por ejemplo la densidad de un cristal es la misma sea

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