01.- Enlaces Interatómicos
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Enlaces interatmicosEnlaces interatEnlaces interatmicosmicos
E.F. Irassar
Laboratorio de MaterialesDepartamento de Ingeniera Civil,
Facultad de Ingeniera, Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires,
B7400JWI -Olavarra, Argentina.
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Niveles de anNiveles de anlisislisisExisten cuatro niveles de anlisis en la estructura de un
material: estructura atmica
z propiedades fsicas: comportamiento elctrico y magntico, caractersticas trmicas, pticas y elsticas
ordenamiento atmicoz comportamiento mecnico de los materiales
microestructuraz comportamiento mecnico y durable de los materiales
macroestructuraz comportamiento general del material compuesto.
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Estructura atEstructura atmicamica
2 e- en el primer nivel 12 e- en el subnivel s del nivel 23 e- en el subnivel p del nivel 2
1s22s2 2p3
El tomo de nitrgeno tiene 7 protones y 7 neutrones en el ncleo,
rodeado por 7 electrones. (nmero atmico 7, masa atmica 14)
9Un tomo est compuesto por un ncleo (protones + neutrones) rodeado por electrones. 9El nnmero atmero atmicomico de un elemento es el
numero de electrones o protones.9La masa atmasa atmica Mmica M corresponde al
numero de protones y neutrones nucleares.
Estructura electrnica9Cada electrn posee una energa
caracterstica, no habiendo ms de dos electrones con spin opuesto por nivel energtico.9Las subniveles de energa (s, p, d y f)
puede albergar slo un cierto numero de electrones (s =2; p= 6, d=10 y f=14), y su cantidad se incrementa con el incremento del nivel de energa.
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Fuerzas entre Fuerzas entre tomostomos Los tomos al aproximarse ejercen
fuerzas de atraccin y repulsin uno sobre el otro.
Fneta = Fatraccin + Frepulsin El equilibrio se alcanza cuando se
igualan estas fuerzas a una distancia ro.
Fatraccin = Frepulsin A la distancia ro la energa potencial
es mnima y representa la energa de enlace entre esos dos tomos.
La magnitud de la energa de enlace (E0) determina ciertas propiedades de los materiales.
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Tipos de enlaceTipos de enlace
Tipo de enlace Energa deenlace
kcal/mol
Carcter del enlace
Enlace Qumico (primario) Inico 140 - 250 No direccional Covalente 15 - 170 Direccional Metlico 27 - 83 No direccional
Fuerzas intermoleculares (secundario) Fuerzas de dispersin hasta 10 No direccional Atraccin dipolo-dipolo hasta 5 Direccional Dipolo-dipolo inducido hasta 0.5 Enlace de hidrgeno hasta 12 Direccional
Existen distintos tipos de enlaces: primarios y secundarios En los enlaces primarios o qumicos (inico, covalente y metlico) estn involucrados los electrones de valencia Los enlaces secundarios provienen de fuerzas electrostticas
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Enlaces primariosEnlaces primariosEnlace inico: existe la transferencia
de electrones de un tomo a otro. El enlace es el resultado de atraccin electrosttica.
Enlace coovalente: Los electrones de valencia son compartidos entre dos tomos adyacentes.
Enlace metlico: Los electrones forman una nube de electrones distribuidos entorno a los iones metlicos
+ + +
+ + +- -
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Enlace secundario o de Van Enlace secundario o de Van derder WaalsWaals
Dipolo permanentes: ocurre entre molculas polares adyacentes. El puente de hidrgeno es el enlace secundario ms fuerte y ocurre en HF, H2O y NH3
Dipolo inducido: Ocurre en molculas no polares. Puede ser fluctuante en molculas simtricas se puede puede dar por distribucin espacial de los ncleos y electrones. Otra forma es una molcula polar como el HCl que puede inducir dipolos en molculas no polares prximas.
- +
Se trata de enlaces producidos por atraccin de cargas opuestas, sin transferencias de electrones y producto de la asimetra de las molculas.
+ +-
- +
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ClasificaciClasificacin de los materiales por su enlacen de los materiales por su enlace
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Propiedades vs EPropiedades vs E00Coeficiente de Coeficiente de
expansiexpansin tn trmica (rmica () TemperaturaTemperatura dede fusifusinn (T(Tff))
Tf es mayor si Eo es mayor
r o r
Energa
mayor Tf
menor Tf
)
r or
menor mayor
Energa
Eo
Eo
es mayor si Eo es menor
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Temperatura de fusin
0
1000
2000
3000
4000
5000
DiamanteGrafito
Carburo de Sixido de Magnesio
xido de AlNitruro de Si
Silicio
Hielo
Tungsteno
TntaloMolibdenoNiobio
CromoZirconioPlatinoTitanioFe/AcerosCobalto/NquelCobreOroPlataAluminioMagnesioZincPlomoTINMercurio
PoliamidasMelaninasPolisterEpoxy, Nylon
Cermets
PRFV, PRFCMaderas
Metales y aleacionesCermicos y semiconductoresPolmeros
Compuestos y fibras
PRFV: plstico reforzado con fibra de vidrio.PRFC: plstico reforzado con fibra de carbono.TIN: Nitruro de titanio
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
,
K
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Resumen
Tipo Energa de enlaceCaractersticas
del enlace Propiedades
Inico Muy Elevada No direccional Elevada TfBajo
CovalenteVariable
Diamante: elevadaBismuto: baja
Direccional Elevada TfModerado
MetlicoVariable
Tungsteno: elevadaMercurio: baja
No direccional Moderada TfModerado
Secundarios Baja Direccional Baja TfAlta
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ResumenResumenz El tipo de enlace atmico es una base para clasificar los
materiales tecnolgicos.z Debemos conocer la estructura interna de los tomos. El
nmero atmico y la masa atmica es determinada por la particulas del nucleo (protones + neutrones) y la natureza del enlace radica en el comportmaiento de los electrones.
z Hay tres tipos de enlaces primarios (inico, covalente y metlico) y hay enlaces mas dbiles resultado de la atraccin entre dipolos elctricos, temporales o permanentes.
z La divisin de los materiales ingenieriles tienen como base el carcter del enlace: Metales = enlaces metlico Cermicas y vidrios = enlaces inicos-covalentes Polmeros = enlaces covalentes-secundarios
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Donde obtener mDonde obtener ms informacis informacinn
z W.D. Calister, Introduccin a la ciencia e ingeniera de los materiales Capitulo 4:
z D.R. Askeland, La ciencia e Ingeniera de Materiales Capitulo 2: Estructura Atmica
z W.G. Moffatt, G.W. Pearsall, J. Wulff. Ciencia de los Materiales: I -Estructura Capitulo 2: Estructura atmica y enlaces
z W.F. Smith, Fundamentos de la ciencia e ingeniera de materiales Capitulo 4: Estructura atmica y enlaces
z P.A. Thornton & V.J. Colangelo, Ciencia de materiales para ingeniera Capitulo 4:
z J.F. Shakelford, Ciencia de Materiales para Ingenieros Capitulo 2: Enlazamiento atmico
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