Fundamentos de Materiales: Propiedades, Enlaces y Estructuras Cristalinas

Capítulo 2: Conceptos Fundamentales en Ciencia de Materiales

9) Metales Nobles: Características y Aplicaciones

Los metales nobles (cobre, plata y oro) se caracterizan por su alta resistencia a la corrosión, a la humedad del aire y a la oxidación. Es decir, son poco reactivos químicamente. Esto los hace muy utilizados en diversas aplicaciones como la joyería, la medicina, las innovaciones tecnológicas, entre otras.

10) Funcionamiento del Enlace Iónico

En el enlace iónico, los átomos de un elemento ceden su(s) electrón(es) de valencia, los cuales son atraídos por los átomos de otro elemento para completar ocho electrones en su capa exterior (regla del octeto). Este proceso genera iones con cargas opuestas que se atraen electrostáticamente, formando el enlace.

11) Diferencia entre Estructuras Cristalinas y No Cristalinas

Una estructura cristalina es aquella en la que los átomos se localizan en posiciones regulares y recurrentes en tres dimensiones, formando una red ordenada. En cambio, las estructuras no cristalinas o amorfas están compuestas por partículas acomodadas de forma irregular y, por ello, carecen del orden característico de las estructuras cristalinas.

12) Defectos Puntuales Comunes en Estructuras Cristalinas

Algunos defectos puntuales comunes en una estructura de red cristalina son:

• Vacancia: Un sitio atómico que normalmente estaría ocupado, pero está vacío.
• Vacancia de un par de iones (Defecto de Schottky): La ausencia de un catión y un anión en una red iónica.
• Intersticios: Un átomo ocupa un sitio en la red que normalmente no estaría ocupado.
• Desplazamiento iónico (Defecto de Frenkel): Un ion se desplaza de su posición normal a un sitio intersticial, dejando una vacancia.

13) Deformación Elástica vs. Deformación Plástica

La diferencia fundamental radica en la permanencia del cambio:

• En la deformación elástica, un cristal sujeto a fuerzas mecánicas experimenta un alargamiento de su estructura sin que haya cambios permanentes en la posición de los átomos. Al retirar la fuerza, el material recupera su forma original.
• En la deformación plástica, si el esfuerzo es muy alto en relación con las fuerzas electrostáticas, puede ocurrir un cambio permanente en la estructura. El material no recupera su forma original al retirar la fuerza.

14) Relación del Módulo de Elasticidad (E) con la Elongación

El módulo de elasticidad (E) es una medida de la rigidez inherente del material. Es una constante de proporcionalidad cuyo valor es diferente para distintos materiales. Conforme el esfuerzo aumenta, se alcanza un punto en la relación lineal donde el material comienza a ceder. Este es el punto de fluencia o deformación permanente, indicando el límite de la deformación elástica antes de que ocurra la elongación plástica.

15) Contribución de los Límites de Grano al Endurecimiento por Deformación

Los límites de grano representan imperfecciones en la estructura cristalina que interrumpen el movimiento continuo de las dislocaciones. Esto ayuda a explicar por qué un menor tamaño de grano incrementa la resistencia del metal. Al interferir con el movimiento de dislocación, los límites de grano también contribuyen a la propiedad característica de un metal de hacerse más fuerte a medida que se deforma, un fenómeno conocido como endurecimiento por deformación.

16) Diferencia en la Solidificación: Estructuras Cristalinas y No Cristalinas

La diferencia fundamental en el proceso de solidificación (o fusión) es la siguiente:

• En las estructuras cristalinas, el proceso de solidificación produce una contracción volumétrica abrupta y bien definida, ya que los átomos se organizan en una red ordenada.
• En las estructuras no cristalinas (amorfas), la solidificación ocurre de manera más gradual, sin una contracción volumétrica tan marcada, y no forma una red atómica ordenada, sino una disposición irregular de partículas.