Materialen Zientzia: Egitura Kristalinoa, Loturak eta Alotropia

Burdinaren Alotropia eta Egitura Kristalinoak

Alotropia material batek bere egitura kristalinoa tenperaturaren arabera aldatzen duen fenomenoa da. Burdinak (Fe) bere egitura kristalinoa aldatzen du tenperaturaren arabera, fase hauek sortuz:

• Fe α (Ferrita): Gorputzean zentratutako kubikoa (BCC) egitura du. -273 °C eta 768 °C bitartean existitzen da. Magnetikoa da eta disoluzio solidoak sortzeko ahalmen txikia dauka.
• Fe β: Fe α-ren antzekoa da, baina ez da magnetikoa. 768 °C eta 900 °C bitartean agertzen da.
• Fe γ (Austenita): Aurpegi zentratuko kubikoa (FCC) egitura du. 900 °C eta 1400 °C bitartean existitzen da. Solubilitate handiagoa dauka, egitura trinkoa delako.
• Fe δ: BCC egitura du, baina gelaxka-unitate handiagoa dauka. 1400 °C eta 1539 °C (fusio-puntua) bitartean agertzen da.

Elementu Kimiko Motak

Lotura bat ezar daiteke elementuen izaera kimikoaren eta haien kanpoko geruzak duen elektroi kopuruaren artean. Hala, elementuak hiru taldetan banatzen dira:

1. Gas nobleak: Kanpoko geruza beteta dute, eta ez dute elektroiak hartu, galdu edo elkarbanatzeko joerarik. Horrenbestez, kimikoki geldoak direla esaten da. Talde honetakoak dira (He), (Ne), (Ar), (K), etab.
2. Ez metalak: Kanpoko geruzari elektroi bat falta zaio beteta egoteko. Hortaz, afinitate elektroniko handia dute, hau da, ioi negatibo (anioi) bihurtzeko eta era horretan gas noblearen konfigurazioa izateko falta zaizkien elektroiak bereganatzeko joera dute. Talde honetakoak dira halogenoak: fluoroa (F), kloroa (Cl), bromoa (Br), etab.
3. Metalak: Oso elektroi gutxi dituzte kanpoko geruzan eta, horrenbestez, afinitate elektroniko oso txikia dute. Elektroiak galtzeko joera dute, egitura egonkorreko ioi positibo (katioi) bihurtzeko.

Lotura Kimikoak

Lotura kimikoa substantziak osatzen dituzten ioi, atomo edo molekulen arteko bat egite egonkorra ahalbidetzen duen indarra da.

Lotura Ionikoa

Afinitate elektroniko oso desberdinak dituzten elementuen artean sortzen da. Ohikoa da metal batez eta ez metal batez osatutako substantzietan, sodioak eta kloroak eratutakoetan kasu.

Lotura Kobalentea

Elementu baten edo antzeko afinitate elektronikoa duten elementuen atomoen artean sortzen da, ez metalen artean sarritan (HCl, H₂O).

Lotura Metalikoa

Elementu metalikoen artean ezartzen da, hain zuzen ere, kanpoko geruzan elkarbanatuak izateko moduko elektroiak baitituzte.

Metalen Barne Egitura

Gorputz solidoak eratzen dituzten atomoak ez dira beti era ordenatu batean agertzen:

Egitura Amorfoa

Kasu batzuetan ordenazioa oso distantzia laburretan ematen da soilik (distantzia interatomikoetako luzeratan). Egoera honi Amorfoa deitzen zaio, beiraren kasuan ematen dena.

Egitura Kristalinoak eta Sare Puntuala

Solido kristalinoen orden atomikoa irudika daiteke suposatuz atomoak hiru plano familien elkargune puntuetan kokatuta daudela. Familia bakoitza infinitu plano paraleloz eratuta dago. Familia ezberdineko hiru planoen arteko elkargunea puntua da, eta puntu hauek osatzen dute Sare Puntual Hirudimentsionala.

Gelaxka Unitate Motak

Bravais-ek frogatu zuen saredun egitura guztiak deskribatu zitezkeela 14 gelaxka unitateren bidez. Gelaxka hauei Bravais-en gelaxkak deritze. Mota ezberdinak hauek dira:

• Sinpleak: Atomoek gelaxken erpinak soilik betetzen dituztenean.
• Gorputzean zentratuak (BCC): Atomo bat gelaxkaren erdian kokatzen denean.
• Aurpegian zentratuak (FCC): Atomoak gelaxka unitateko aurpegien erdian kokatzen direnean.
• Oinarrian zentratuak: Bi atomo gelaxka unitatearen kontrako bi aurpegien zentroetan kokatzen direnean.

Ia metal gehienak dentsitate handiko hiru egitura kristalinoetan kristalizatzen dute: BCC, FCC eta HCP (Hexagonala trinkoa). BCC eta FCC sinpleak dira, eta HCP konplexua. BCC-ren koordinazio indizea 8 da, eta FCC eta HCP-rena 12.

Hutsune Kristalinoak

FEA-ren (Faseen oreka analisia) kalkuluak BCC, FCC eta HCP sare kristalinoetan agerian uzten du solido kristalinoen barruan hutsuneak daudela. Hauek bi eratakoak izan daitezke:

• Oktaedrikoak: 6 atomoz inguratuak badaude.
• Tetraedrikoak: 4 atomoz inguratuak badaude.

Difusioa Solidoetan

Solidoetan fenomeno oso garrantzitsua da, zeren atomoen higidura kristalinoaren zehar prozesu metalurgiko asko erregulatzen baititu. Horien artean aurkitzen dira metalei aplikaturiko tratamendu termiko edo azalerakoak.