sábado, 29 de mayo de 2010

Defects in Solids: Dislocaciones Mixtas

martes 25 de mayo de 2010


Dislocaciones Mixtas

DISLOCACIONES MIXTAS
Con frecuencia los cristales exhiben mezcla de las dislocaciones anteriores. Su vector de Burgers no es ni perpendicular ni paralelo a la línea de dislocación, pero mantiene una orientación fija en el espacio. La estructura atómica local en torno a la dislocación mixta es difícil de visualizar, pero el vector de Burgers proporciona una descripción conveniente y sencilla.





SIGNIFICADO DE LAS DISLOCACIONES
Aunque los deslizamientos o desplazamientos atómicos pueden ocurrir en cerámicos y polímeros, estos procesos son particularmente útiles para entender el comportamiento mecánico de los metales. Primero que todo, el deslizamiento atómico explica porque la resistencia de los metales es mucho mas baja que el valor teórico predicho de los enlaces metálicos. Cuando los deslizamientos ocurren, solo una pequeña fracción de todos los enlaces metálicos a lo largo de la inter-fase necesita ser roto y la fuerza requerida para deformar el metal es pequeña. Segundo, los deslizamientos proveen ductilidad en los metales. Si no estuvieran presentes las dislocaciones, una barra de hierro sería frágil y los metales no podrían ser moldeados por varios procesos tales como forjado. Tercero, es posible controlar las propiedades mecánicas de un metal o aleación interfiriendo con el movimiento de las dislocaciones. Un obstáculo introducido dentro del cristal evita que una dislocación se deslice a menos de que se aplique una fuerza muy grande.

Es posible encontrar un gran número de dislocaciones en los materiales. La densidad de las dislocaciones o longitud total de las dislocaciones por unidad de volumen, se usa generalmente para representar la cantidad de dislocaciones presentes. Densidades de dislocaciones de 10 m. mm-3 son típicas de los metales más suaves, mientras que densidades de dislocaciones superiores a 1000 Km. mm-3 se pueden conseguir deformando el material.

LEY DE SCHMID
Se puede entender las diferencias en el comportamiento de los metales que tienen diferentes estructuras, examinando la fuerza requerida para iniciar el proceso de deslizamiento.
Suponga que se aplica una fuerza unidireccional F a un cilindro de metal que es un cristal simple o mono-cristal. Es posible ubicar el plano de deslizamiento y la dirección de desplazamiento al aplicar la fuerza, defieniendo los ángulos.


Para que la dislocación se mueva en el sistema de deslizamiento, se necesita que actúe una fuerza cizalladura en dirección del desplazamiento, producida por la fuerza aplicada.

Defects in Solids: Dislocaciones

Defectos de linea (Dislocaciones)...

DISLOCACIONES

Son defectos que dan lugar a una distorsión de la red centrada en torno a una línea. Se crean durante la solidificación de los sólidos cristalinos o por deformación plástica, por condensación de vacantes.
Hay dos tipos de dislocaciones, las de cuña y las helicoidales. También puede darse una combinación de ambas, denominada dislocación mezcla




  • Dislocación de Cuña: Se crea por inserción de un semiplano adicional de átomos dentro de la red. Los átomos a lado y lado del semiplano insertado se encuentran distorsionados. Los átomos por encima de la línea de dislocación, que se encuentra perpendicular al plano de la página, en el punto donde termina el semiplano insertado, se encuentran comprimidos y los que están por debajo se encuentran apartados. Esto se refleja en la leve curvatura de los planos verticales de los átomos más cercanos del extra semiplano. La magnitud de esta distorsión decrece con la distancia al semiplano insertado. La distancia de desplazamiento de los átomos en torno a una dislocación se llama DESLIZAMIENTO o vector de Burgers y es perpendicular a la línea de dislocación de cuña.

  • DISLOCACIÓN HELICOIDAL: Esta dislocación se forma cuando se aplica un esfuerzo de cizalladura en un cristal perfecto que ha sido separado por un plano cortante. Aquí el vector de Burgers o de desplazamiento es paralelo a la línea de dislocación.

Defects in Solids: Otros Defectos Puntuales Importantes

Otros Defectos Puntuales Importantes

DEFECTO FRENKEL
Es una imperfección combinada Vacancia – Defecto intersticial. Ocurre cuando unión salta de un punto normal dentro de la red a un sitio intersticial dejando entonces una vacancia.



DEFECTO SCHOTTKY
Es un par de vacancias en un material con enlaces iónicos. Para mantener la neutralidad, deben perderse de la red tanto un catión como un anión.

Otro defecto puntual importante ocurre cuando un ion de una carga reemplaza otro ion de diferente carga. Por ejemplo un ion de valencia +2 reemplaza a un ion de valencia +1. En este caso una carga extre positiva se introduce dentro de la estructura. Para mantener un balance de carga, se debe crear una vacante de una carga positiva (Enlaces iónicos).






Defects in Solids: Defectos Puntuales


Defectos Puntuales

DEFECTOS INSTERSTICIALES, ocurre cuando un átomo extra se inserta dentro de la estructura de la red en una posicón que normalmente no está ocupada. Generalmente en este tipo de defecto introduce relativamente grandes distorsiones en los alrededores puesto que el átomo es sutancialmente mas grande que la posición intersticial en la que se sitúa. Consecuentemente la formacion de este defecto no es muy probable. Se pueden introducir en una estructura por radiación.

IMPUREZAS EN SOLIDOS, este defecto se introduce cuando un átomo es reemplazado por un átomo diferente. El átomo sustituyente puede ser más grande que el átomo original y en ese caso los átomos alrededor están a compresión ó puede ser más pequeño que el átomo original y en este caso los átomos circundantes estarán a tensión. Este defecto puede presentarse como una impureza o como una adición deliberada en una aleación.

Dependiendo de la clase de impureza que se halle en el cristal, de su concentración y de la temperatura se formará en el cristal una SOLUCIÓN SÓLIDA. Cuando se habla de solución sólida hay que hacer claridad sobre algunos términos:


  • Soluto: Es el elemento o compuesto dentro de la solución sólida, que se encuentra en menor concentración.


  • Solvente: Es el elemento dentro de la solución sólida, que se encuentra en mayor concentración.

Una solución sólida se forma cuando átomos de soluto se adicionan al material y la estructura cristalina original se mantiene. Se puede asimilar a una solución líquida en la que también los átomos que constituyen las impurezas (soluto) están distribuidos al azar y uniformemente dispersos dentro del sólido.
Los defectos puntuales de impurezas dentro de las soluciones sólidas pueden generarse por dos mecanismos:

  • Sustitución: Aqui el soluto y las impurezas reemplazan a átomos originales. Esto se da cuando los átomos que constituyen el soluto y el solvente cumplen con los siguientes requerimientos(Reglas de Hume-Rothery):
-Los radios atómicos no difieren más del 15%.
-Las estructuras cristalinas deben ser las mismas.
-Las electronegatividades deben ser similares ya que de otra manera reaccionarían y se formarían nuevos compuestos.
-Deben tener la misma valencia.



 

Defectos Estequiometricos BLOG 10


sábado 29 de mayo de 2010


Defectos Estequiometricos


Defectos estequiométricos
Los compuestos estequiométricos son aquellos que contienen siempre los mismos elementos en la misma proporción en peso. Se les denomina también 'daltónidos' (de Dalton), en contraste con los no estequiométricos o 'bertólidos' (de Berthollet). Se observan en los compuestos estequiométricos dos tipos de defectos: Schottky y Frenkel. En el cero absoluto estos cristales iónicos estan perfectamente ordenado pero a medida que aumenta la temperatura algunos iones abandonan sus posiciones correctas creando un defecto.
Defectos Schottky Un ion positivo y otro negativo están ausentes de la red, no alterando ni la neutralidad ni lacomposición. Se producen dos agujeros o huecos en los que no existen átomos, a la vez que se mantiene la estequiometría. Ocurre en los compuestos iónicos cuyo cation y anión son de tamaño similar y número de coordinación 6 u 8, como en NaCl, KCl. CsCl, KBr.
El número de estos defectos por cm2 (NS), está relacionado con el trabajo necesario para crear ese defecto (DHS) y con la temperatura mediante la expresión:
NS = N·exp[-DHS/2kT]. k es la constante de Boltzman
N es el número de cationes y aniones por unidad de volúmen.

Defectos Frenkel
Es una vacante en un sitio donde debería estar situado un ion. Este ion pasa a una posición 
intersticial. Los cationes suelen ser más pequeños que los aniones por lo que son estos los que 

suelen faltar de sus posiciones correctas. Se dan en compuestos con gran diferencia de tamaños 

del anión y catión: AgX (X, haluro), ZnS. El número de estos defectos por unidad de volumen 

es:
NF = (NN')1/2 exp[-DHF/2kT], 
donde N y N' es el número de átomos y de posiciones intersticiales por unidad de volumen. 

El que en un cristal se presenten un tipo u otro de defectos depende de la entalpía de formación 

de estos defectos. En algunos cristales pueden presentarse ambos tipos. 

Como consecuencia de estos defectos los compuestos iónicos pueden presentar algún grado 

de conductividad eléctrica. Si un ion se mueve a un nuevo agujero deja un agujero. El proceso se 

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puede repetir con lo que se produce una migración de cargas o conducción. Este tipo de

semiconducción es la responsable del ruido de fondo producido por los transistores.


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Defcto en solidos, Energia de fromacion de defectos BLOG9


sábado 29 de mayo de 2010


Defcto en solidos, Energia de fromacion de defectos


Defectos de los sólidos iónicos:
En un sólido iónico perfecto los iones están en las correctas posiciones determinadas por su estructura cristalina. Pero esta situación ideal solo se da en el cero absoluto. Por encima de esta temperatura ocurren defectos extendidos por la estructura como dislocaciones en la estructura que afectan a la resistencia del material. Otros defectos, que son los que veremos con más detalle son los defectos puntuales que ocurren en posiciones aisladas de la estructura y que pueden deberse a la presencia de un ion extraño en una posición no prevista para él en la red, o existencia de posiciones vacantes en la red en un sitio donde se espera la presencia de un determinado ion.


Energía de formación de defectos
Todos los sólidos tienen tendencia termodinámica a adquirir defectos debido a que estos 
suponen un incremento positivo de la entropía o desorden en el sólido, especialmente al 

principio. La energía libre de un sólido con defectos, G = H - TS, tiene sumandos de la

contribución de la entalpía y de la entropía. Por efecto de la entropía esta contribuye 

negativamente al valor de la energía libre. La formación de defectos es un proceso endotérmico 

de manera que H aumenta linealmente con el aumento de defectos. Ambos sumandos

proporcionan una variación de G que tiene un mínimo de energía para un cierto número de 

defectos que le proporciona estabilidad en el equilibrio. La formación de defectos es un proceso 

espontáneo. De este modo los sólidos reales tienen un número de defectos, que le

proporcionan una estabilidad frente al sólido perfecto.

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A medida que aumenta la temperatura el mínimo se desplaza hacia una mayor concentración de 

defectos.


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Estado solido. Tipos BLOG 8



domingo 23 de mayo de 2010


Estado solido. Tipos



El estado sólido
Las moléculas de un sólido tienen, en general, prácticamente impedido el movimiento de
traslación debido a la acción las fuerzas intermoleculares. Sin embargo, los movimientos derotación y vibración no quedan totalmente impedidos. Esta ausencia de los movimientos de traslaciones impone una rigidez a estas sustancias con lo que ocupan un lugar definido en el espacio.
Los gases y los líquidos en condiciones normales, se presentan constituidos por moléculas (H2O, CO, N2) o átomos (gases nobles, Hg). A estas sustancias se les denomina sustancias atómicas o moleculares y cuando solidifican siguen manteniendo estas unidades. Estos sólidos se caracterizan porque sus unidades integrantes se unen entre sí por fuerzas interatómicas,interiónicas o intermoleculares.

Tipos de sólidos
  • Sólidos moleculares
Son los sólidos formados por moléculas que se mantienen unidas mediante fuerzas de Van der Waals. Se estudiarán con motivo de examinar la naturaleza de esas fuerzas.
  • Sólidos metálicos
Los metales y aleaciones son generalmente sólidos en condiciones normales. En ellos los átomos permanecen unidos por intensas fuerzas debidas al enlace metálico.
  • Sólidos covalentes
Un ejemplo es el diamante. Es una variedad alotrópica del carbono al igual que el grafito. En el diamante cada átomo de carbono utiliza sus cuatro hibridos sp3 tetraédricos, para unirse a otros cuatro carbonos iguales que se unen a otros átomos vecinos para dar un sólido formado por átomos fuertemente enlazados mediante enlace covalente. Otras formas alotrópicas del carbono, los fulerenos*, son formas cerradas a base de pentágonos y hexágonos. El más representativo es el fulereno C60, que tiene la forma de balón de fútbol con doce pentágonos y veinte hexágonos. El C70 es similar a un balón de rugby.
(*) Nombre tomado de Buckminster Fuller, filósofo e ingeniero que diseño las cúpulas geodésicas para la EXPO 67 en Montreal. Se obtiene en las descargas eléctricas entre electrodos de grafito. Un compuesto, K3C60, es metálico y superconductor por debajo de 18K.
  • Sólidos iónicos
Cuando el Cl2 gaseoso y el sodio metálico, con diferente electronegatividad, reaccionan
conducen a la formación de un sólido iónico en el cual existen iones Cl- y Na+, Estos iones se atraen por fuerzas en todas las direcciones, no estando impedidas totalmente las rotaciones o vibraciones de los iones dentro del sólido. Los puntos de fusión y ebullición de los sólidos moleculares son generalmente bajos. Sinembargo, para las sustancias metálicas, covalentes y iónicas estos puntos tienen valores altos.Estan hecho está en consonancia con la mayor o menor fortaleza de las fuerzas entre las unidades constituyentes de los diferentes sólidos.

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Estructura.Empaquetamiento.BLOG 7


sábado 29 de mayo de 2010


Estructura.Empaquetamiento



La mayoría de los compuestos inorgánicos son sólidos iónicos entre los que se incluyen sales, óxidos, hidróxidos y sulfuros. Se forman principalmente con los elementos de los extremos del Sistema Periódico, es decir haluros, óxidos y sulfuros de los elementos de los grupos 1, 2, 3 y elementos de transición. También con oxoaniones como sulfato, carbonato nitrato etc. La fuerza atractiva máxima se consigue cuando cada ion se rodea del máximo número posible de iones de carga contraria. Este número se denomina número de coordinación (NC). Cationes y aniones poseen el mismo NC cuando en la estequiometría de la sustancia hay el mismo número de ambos tipos de iones (NaCl). Factores que condicionan la estructura de un sólido iónico son: carga y radios o relación de radios de los iones 59
a) La carga de los iones determina la estequiometría del compuesto, que debe ser eléctricamente neutro. Las estequiometrías más frecuentes son MX (NaCl, CsCl, ZnS), MX2 (TiO2, CaF2 o fluorita), M2X (estructuras 'anti'; Na2O, antifluorita).
b) La relación de radios hace que los iones, que suponemos de forma esférica, tiendan a ordenar se en un arreglo geométrico con las máximas atracciones y mínimas repulsiones. Se puede ilustrar con el siguiente esquema con un catión que tiende a rodearse de cuatro aniones como arreglo más favorable.


Las redes cristalinas de iones se denominan con el nombre de un compuesto o mineral tipo. Así 
la coordinación cuatro se da para dos estructuras, blenda y wurtzita, ambas sulfuro de cinc.


Empaquetamiento compacto de esferas:
El empaquetamiento u ordenación más compacto utilizando esferas, que en este caso serán

iones, consiste en reunir tres esferas tangentes entre sí. Al repetir el proceso tenemos una capa 
de esferas en la cual cada esfera está en contacto con otras seis vecinas (capa A). Esta 

disposición es análoga a la que adoptan espontáneamente esferas de igual tamaño cuando se

agrupan sobre una superficie plana. Para formar la estructura tridimensional colocaremos 

sucesivas capas sobre esta primera. Una segunda capa (B), se colocará sobre la primera de 

manera que cada esfera de esta segunda capa se sitúe en las depresiones de la primera para 

lograr empaquetamiento compacto máximo.
La tercera capa de esferas puede colocarse de dos maneras. en un caso las esferas de esta 
tercera capa caen sobre las esferas de la primera, dando lugar al empaquetamiento hexagonal 

compacto, con una sucesión de capas ABAB... 

Hay otra posibilidad de colocación para la tercera capa de modo que no coincida con la primera y 

llenando las depresiones de la segunda. Esta ordenación sería una repetición de estas tres 

capas, ABCABC... El empaquetamiento se denomina, en este caso, cúbico compacto.

Frecuentemente se contemplan los sólidos iónicos como estructuras de esferas de 

empaquetamiento compacto, situándose el ion más pequeño en los huecos de este 

ordenamiento.
Estos huecos pueden ser octaédricos y tetraédricos. Los huecos octaédricos se sitúan entre dos 
triángulos formados por esferas, opuestos y pertenecientes a capas adyacentes. Para N 

átomos en el cristal hay N huecos octaédricos. Un hueco tetraédrico se forma cuando a un 

triángulo de esferas se le coloca en el centro otra esfera de la capa contigua, formando un

tetraedro que puede apuntar hacia arriba o hacia abajo. En un cristal de N átomos hay 2N de 

estos huecos.

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