Comportamiento y Estructura Atómica de los Metales: Propiedades, Deformación y Aleaciones

Propiedades de Compactación Atómica en Metales

• Normalmente, se presentan como un único elemento químico, por lo tanto, sus radios atómicos son iguales.
• El enlace metálico es no direccional.
• Las distancias entre átomos vecinos son pequeñas para minimizar la energía de enlace.
• La nube electrónica protege los núcleos de los átomos vecinos.

Tipos de Estructuras Cristalinas

Estructuras Comunes (BCC, FCC, HCP)

• BCC (Cúbica Centrada en el Cuerpo): n=2, FV=0.68, 4R = 3 * a
• FCC (Cúbica Centrada en las Caras): n=4, FV=0.74, 4R = 2 * a
• HCP (Hexagonal Compacta): n=6, FV=0.74

Densidad Atómica Lineal (Dirección más Compacta)

• BCC: [111]
• FCC: [110]

Densidad Atómica Superficial (Plano más Compacto)

• BCC: [110]
• FCC: [111]

Deformabilidad y Ductilidad de los Metales

La deformabilidad de los metales es posible gracias al deslizamiento relativo de unos planos atómicos sobre otros. Existen planos de deslizamiento dentro de las direcciones preferenciales, que son las direcciones de deslizamiento.

La ductilidad de un material depende del grado de compactación de los planos de deslizamiento y del número de sistemas de deslizamiento. (Los metales FCC son más dúctiles que los BCC por tener planos más compactados).

Soluciones Sólidas Metálicas

La mayoría de los materiales metálicos no están en estado puro, sino que son combinaciones de elementos metálicos y no metálicos. La mayor parte de las aleaciones son sólidas a temperatura ambiente, obteniéndose al enfriar una mezcla de metales fundidos junto a otros no metálicos. Cuando dos metales se combinan, los átomos pueden formar compuestos químicos (en proporciones fijas) o soluciones sólidas (en proporciones variables).

Las soluciones sólidas se obtienen combinando átomos con electronegatividades parecidas; tienen soluto y disolvente (el átomo del disolvente impone su estructura), y el soluto se dispersa en el interior de la estructura del disolvente. Las soluciones sólidas metálicas pueden ser:

• Sustitutivas o Sustitucionales: Se sustituye un átomo del disolvente por uno del soluto.
• Intersticiales: Un átomo se introduce dentro del disolvente, siendo de tamaño más pequeño y sin producir grandes distorsiones.

Soluciones Sólidas Sustitutivas

La capacidad de formar una solución sólida sustitutiva depende de:

• El tamaño de los iones.
• Sus respectivas redes cristalográficas (estructuras iguales implican solubilidad total, similares implican solubilidad recíproca).
• Las fuerzas para atraer los electrones.
• El número de electrones cedidos a la nube electrónica.

Soluciones Sólidas Intersticiales

Solo átomos de H, B, C, N, O tienen el tamaño apropiado. Si se añade una pequeña proporción de átomos intersticiales, su comportamiento metálico no varía significativamente y el enlace se fortalece, por lo tanto, el metal se vuelve mecánicamente más resistente y más duro.

La diferencia de electronegatividad entre los átomos de soluto y disolvente tiene que ser pequeña; de lo contrario, se forman compuestos químicos.