quimica equipo 3

2.15 CONCEPTO Y CARACTERIZACIÓN DE SISTEMAS CRISTALINOS

                                ESTRUCTURA CRISTALINA

La celda fundamental es la distribución de átomos, iones o moléculas más pequeñas, cuya repetición definida origina todo el conjunto.

En teoría este proceso se pondría repetir indefinidamente hasta que se obtuviera el más pequeño conjunto de átomos, ordenados del mismo modo, y con la misma forma de cada uno de los fragmentos mayores. Estaríamos,  entonces, ante la celda fundamental del cristal. Las formas poliédricas de caras planas, típicas de las sustancias cristalinas, indican que cristal crece a diferentes velocidades en las distintas direcciones del espacio.

Un cristal se origina por acumulación de un pequeño conjunto de átomos. En consecuencia, si el crecimiento se produjera a la misma velocidad en todas las direcciones, los cristales serian esféricos.

                              LA RED CRISTALINA

La disposición ordenada de los constituyentes químicos en sucesiones a lo largo de los ejes y los planos del cristal, es decir, en las tres direcciones del espacio, forman una red cristalina. Repetición de la celda inicial en todos los espacios.

                                  LOS NODOS.

Cada uno de los constituyentes químicos, considerados, como puntos geométricos, recibe el nombre de nudo o nodo. Esto se les pone en filas y se repite cada cierta distancia característica, denominada periodo.

                                PLANO RETICULAR.

Un conjunto de filas  paralelas y equidistantes.                                 

Los espacios delimitados por los nodos, se denominan mallas. Las redes planas se forman geométricamente con la translación en dos direcciones de los constituyentes químicos que forman el cristal. La intersección de varias filas origina un nodo. Los constituyentes químicos se sitúan, normalmente, en estas intersecciones, aunque no siempre es así. También ocupan otros lugares como en centro de las caras de la celda fundamental, (pueden aparecer en medio).

                             EL RETICULO ESPACIAL

·         La superposición de varios planos reticulares da lugar a la retícula espacial.

·         Una línea del retículo corresponden a la arista del cristal.

·         Un plano corresponde a la cara del cristal

·         El retículo se correspondería con el propio cristal.

                               LOS ELEMENTOS DE SIMETRIA

En los cristales, se pueden definir tres clases de elementos de simetría: ejes, planos y centros.

Un eje de simetría es una línea que pasa por el centro del cristal, el cristal al dar la vuelta entorno a ella, ocupa 2, 3, 4, o 6, veces la misma posición.

·         Si la posición se ocupa dos veces es binario.

·         Si la posición se ocupa tres veces es ternario.

·         Si la posición se ocupa cuatro veces es cuaternario.

·         Si la posición se ocupa seis veces es senario.

Un plano de simetría es un plano que divide el cristal en dos partes, cada una de las cuales es la imagen espectacular de la otra.

Un centro de simetría es un punto interior del cristal que divide en dos partes iguales a cualquier segmento, pase por el y enlaza juntos equivalentes.

                          2:16 ESTADO VITREO

Los cuerpos en estado vítreo se caracterizan por presentar un aspecto solido con cierta fuerza y rigidez y que ante  esfuerzos externos moderados se deforman de manera generalmente elástica.

Sin embargo, al igual que los líquidos, estos son cuerpos ópticamente isótropos, tranparentes ala mayor parte del espectro electromagnético de radiación visible. Cuando se estudia su estructura interna a través de medios como la difracción de rayos x, da lugar a bandas de difracción difusas similares a la de los liquidos. Si se calientan, su viscosidad va disminuyendo paulatinamente, como la mayor parte de los liquidos, hasta alcanzar valores que permiten su deformación bajo la acción de la gravedad, y por ejemplo tomar la forma de un recipiente que los contiene como verdaderos liquidos. No obstante no presentan un punto claramente marcado de transición entre el estado solido y el liquido o punto de fusión.

Material inorgánico duro, frágil, tranparente y amorfo que se usa para hacer ventanas, lentes, botellas y una gran variedad de productos. El vidrio se obtiene por fusión a unos 1.500º C de arena de sílice (SiO2), carbonato de sodio (Na2CO3) y caliza ( CaCO3).

El termino ´´cristal´´ es utilizado muy frecuentemente como sinónimo de vidrio, aunque es incorrecto debido a que el vidrio es un solido amorfo y no un cristal propiamente dicho.

Todo parece indicar que los cuerpos en estado vítreo no presentan una orientación interna determinada, como ocurre en los solidos criatalinos. Sin embargo en muchos casos se observa en un desorden desordenado, es decir, la presencia de grupos desordenados que se distribuyen en el espacio de manera total o parcialmente aleatoria.

Esto a conducido a diferentes investigadores a plantear diversas teorías sobre la estuctura interna del estado vítreo, tanto de tipo geométrico, basadas tanto en las teorías atomicas  como en las de tipo energético.

2:17 ESTRUCTURA AMORFA

Estructura Amorfa se presenta como un amontonamiento caótico de subestructuras idénticas. La estructura cristalina se presenta en forma de repetición de subestructuras estrictamente periódicas, en las que domina el paralelismo; el cuarzo es el ejemplo más habitual. Por otra parte, en los cristales se distingue un orden a larga distancia, con una organización rigurosamente periódica de las subestructuras, en tanto que en las estructuras amorfas, las subestructuras siguen líneas quebradas al azar y el orden sólo se discierne a corta distancia.

Descripción de las propiedades de los sólidos amorfos.

Un sólido amorfo consiste en partículas acomodadas en forma irregular y por ello no tienen el orden que se encuentra en los cristales. Ejemplos de sólidos amorfos son el vidrio y muchos plásticos.

Modelo microcristalino:

Los materiales amorfos están constituidos por un elevado número de agregados cristalinos, cada uno de ellos constituido por alrededor de 100 átomos. Estos agregados cristalinos están dispersos en el sólido y se enlazan entre sí mediante una “red” cuya naturaleza hay que especificar. La limitación en el número de átomos en el agregado proviene del hecho de que no se pueden conseguir agregados compactos de mayor tamaño con energía suficientemente pequeña como para estabilizar la estructura.

 Modelo poliédrico:

De nuevo estamos ante un empaquetamiento de átomos, enlazados según una configuración tetraédrica. Sólo para pequeños números de átomos consigue empaquetamientos perfectos con baja energía; para números elevados de átomos hay que empezar a admitir un cierto grado de frustración. Tampoco es capaz de definir la naturaleza de la “red” en la que los agregados están dispersos. Los aglomerados resultantes en este modelo poseen ejes de rotación de orden de cinco, elemento de simetría prohibido en los cristales.

 Modelo de empaquetamiento denso al azar:

Este modelo fue propuesto inicialmente por Bernal para explicar la estructura de los líquidos. Su interés actual es fundamentalmente histórico. Se trata de ir ensamblando esferas de forma de forma que la configuración sea lo más compacta posible. En cada etapa vamos añadiendo una nueva esfera tan cerca como sea posible del centro del agregado correspondiente.

2:18 Propiedades Características Material Vítreo

La presente invención consiste en un material vítreo con propiedades cementantes así como el procedimiento de fabricación del mismo, derivado de la fusión a elevada temperatura de materiales con una composición química determinada conteniendo calcio, magnesio, sílice, aluminio y hierro, bien en forma de óxidos, carbonatos u otros compuestos, y el posterior enfriamiento rápido del material evitando su cristalización gracias a su viscosidad interna y al enfriamiento rápido. Tras este procedimiento el material adquiere un estado vítreo que molido finamente y mezclado con clinker Portland  y/o  yeso,  y/o hidróxido cálcico o cementos presentan propiedades cementantes o hidráulicas, es decir, el material endurece al mezclarlo con agua adquiriendo propiedades mecánicas.

Reivindicaciones:
1. Material vítreo con propiedades cementantes para la fabricación de cementos de construcción, caracterizado porque al menos el 70% de su composición está compuesto por CaO, MgO, SiO₂ y Al₂O₃.

2. Material vítreo, según reivindicación 1, caracterizado porque el resto de componentes que lo componen son SO₃, Na₂O, K₂O, Fe₂O₃, y pequeñas cantidades de otros elementos.

3. Material vítreo, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la relación entre los componentes (CaO+MgO)/SiO₂ es mayor que 0,9.

4. Materia vítreo, según reivindicación 3, caracterizado porque dicha relación oscila entre 1,3 y 1,6.

5. Material vítreo, según reivindicación 1, caracterizado porque el contenido de de Al₂O₃ es superior al 2%.

6. Material vítreo, según reivindicación 1, caracterizado porque el contenido de Na₂O equivalente, Na₂O+0,658* K₂O, es inferior al 8%.

7. Material vítreo, según reivindicación 1, caracterizado porque el contenido de SO₃ inferior al 20%.

8. Material vítreo, según reivindicación 1, caracterizado porque la fase vítrea es superior al 65%.

9. Material vítreo, según reivindicación 8, caracterizado porque la fase vítrea es superior al 90%.

10. Procedimiento de fabricación de material vítreo con propiedades cementantes, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

- mezclado y molido de las materias primas, siendo al menos el 70% de estas Ca, Mg, Si y Al,

- introducción de dichas materias primas en un horno,

- fundición completa de las materias primas a temperaturas entre 1250 y 1600ºC en condiciones ligeramente reductoras u oxidantes, y

- enfriamiento rápido hasta una temperatura inferior a 400ºC, en concreto hasta la vitrificación de las materias primas a una velocidad de entre 40ºC/minuto y 80ºC/minuto.

11. Procedimiento, según reivindicación 10, caracterizado porque el enfriamiento se realiza con agua.

 2.19 METALURGIA, PRINCIPALES METALES UTILIZADOS EN LA INDUSTRIA.

Principales metales utilizados en la industria.

METAL: cada uno de los elementos químicos buenos conductores del calor y de la electricidad, con un brillo característico y solidos a temperatura ordinaria, salvo el mercurio.

Hierro. Es un metal reductor que se combina principalmente con el oxigeno, el azufre y el cloro. Reduce los acidos cuyo anion no es reducible produciendo un desprendimiento hidrogeno, cosa que sucede con el acido clorhídrico y el acido sulfúrico.con los acidos cuyo anion es reducible, la acción del hierro es mucho mas compleja.

Cobre: metal rojizo, maleable y ductil. Es excelente conductor de la electricidad. Se encuentra libre en la naturaleza (cobre nativo), combinado con el oxigeno, y aparece en cantidades variables en los minerales de plata, hierro, antimonio, etc. Sus métodos de obtención se agrupan en dos grupos: por via seca, que consiste en una serie de oxidaciones, fusiones y reducciones de los minerales, con el fin de aumentar su contenido en cobre y obtener un metal casi puro; y por via humeda, en el que se tuestan primero los minerales con el sulfuro de hierro o pirita, transformandose en cobre de sulfato, y posteriormente queda el metal libre por reducción de esa sal con chatarra de hierro.

Plomo: tiene un aspecto plateado grisáceo; aunque recién cortado es brillante, va perdiendo brillo al oxidarse en contacto con el aire, y con las acidos forma sales venenosas. Es un metal pesado, ductil, maleable, blando y flexible; por lo que es muy fácil de modelar. Su numero atomico es el 82, su peso atomico 20`22, y su símbolo el Pb.

Zinc: presenta una coloración blanca azulada. Es un metal algo blando. Cuando se funde es frágil, sin embargo, cuando esta laminado adquiere una mayor resistencia, e incluso es posible darle forma.

Aluminio: metal de colores y brillo similares a lo de la plata, ligero y dúctil, muy maleable, por lo que puede presentarse en hilos y demás formas, buen conductor de calor y electricidad y resistente ala oxidación. Es un metal blando; tiene poca resistencia a la rotura y bajo limite elástico. Tiene un buen poder reflector.

Principales aleaciones utilizadas en la industria.

Alnico. Aleación formada principalmente de cobalto, aluminio y níquel aunque también puede contener hierro, cobre y en ocasiones titanio. Su uso principal es en aplicaciones magnéticas. Las aleaciones de alnico son ferromagneticas y se usan para hacer imanes permanentes. Antes del desarrollo de imanes de tierras raras en la década de 1970, fueron el tipo mas fuerte de imán.

Acero. Aleación de hierro y carbono donde el carbono no supera el 2.1% en peso de la composición de la aleación, alcanzando normalmente porcentajes entre el 0.2% y el 0.3% porcentajes mayores que el 2.0% de carbono dan lugar a las fundiciones aleaciones que al ser quebradizas y no poderse forjar a diferencia de los aceros, se moldean.

Alpaca. Aleación ternaria compuesta por zinc, cobre y níquel con un color y brillo parecido al de la plata.

Cobre. Aleación metálica de cobre y estaño en la que el primero constituye su base y el segundo aparece en una proporción de entre el 3 y el 20%.

Constastan. Aleación generalmente formada por un 55% de cobre y un 45% de níquel. Se caracteriza por tener una resistencia eléctrica constante en un amplio rango de temperaturas, es uno de los materiales mas utilizados para la fabricación de monedas.

Magnam. Aleación de magnesio(mg) que se le añade manganeso(mm), aluminio(al) y zinc(zn). Es un metal muy difícil de conseguir ya que solo se usa para experimentos y construcción de solo algunos instrumentos.

Nicrom. Aleación de niquel, cromo esta compuesta de un 80% de niquel y un 20% de cromo. Es de color gris y resiste ala corrosión, con un punto de fusión cercano a los 1400º.

Oro blanco: aleación de oro y algún otro metal blanco, como la plata, el paladio, platino, o niquel, muchas veces recubierta de rodio de alto brillo. Esta aleación es muy usada en la joyería.

Peltre. Aleación compuesta por estaño, cobre, antimonio y plomo. Es maleable y blando y de color blanco con alguna similitud a la plata, poco reactivo y funde a 320ºC por lo su utilización en adornos es muy común.

2.20 CERAMICA. PRINCIPALES MATERIALES CERAMICOS  UTILIZADOS EN LA INDUSTRIA.

CONSTITUCION DE LOS MATERIALES CERAMICOS.

1.    Están formados por una combinación de fases cristalinas o vítreas.

2.    Se puede presentar en función de la aplicación como solido denso, polvo fino, película fibra, etc.

3.    Los hay constituidos por una fase cristalina  o una fase vítrea, denominandose manofasicos.

4.    Los constituidos por  muchos cristales de la misma fase cristalina se denominan poli cristalinos.

5.    Los mono-cristalinos se refieren a materiales constituidos por un solo cristal de una única fase.

Propiedades que tienen los materiales cerámicos.

·         Propiedades mecanicas.

·         Propiedades térmicas.

·         Propiedades ópticas.

·         Propiedades eléctricas.

·          Propiedades magneticas.

·         Propiedades químicas.

Características de la industria cerámica.

Es una industria en la que se involucran miles de billones de euros.

Se utiliza en muchas otras industrias como elementos básicos. Industria del cemento siderurgia.

Constituyen partes del sistema complejos:

Nucleos magneticos en memorias de ordenadores, permiten nuevas tecnologías.

MATERIALES CERAMICOS QUE SE  UTILIZAN EN LA INDUSTRIA.

·         Nitruro de silicio(Si3N4). Es utilizado como polvo abrasivo.

·         Carburo de boro(B4C), USADO EN ALGUNOS HELICOPTEROS Y CUBIERTAS DE TANQUES.

·         Di boruro de magnesio (MgB2), es un superconductor no convencional.

·         Oxido de zinc (ZnO) un semiconductor.

·         Esteatita, utilizada como aislante eléctrico.