Conceptos clave de química: átomo, isótopos, estructura cristalina y enlace metálico

Conceptos fundamentales de química

Átomo: Átomo: es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades y que no es posible dividir mediante procesos químicos.

Número atómico (Z): es el número entero positivo que es igual al número total de protones en el núcleo del átomo.

Número másico (A): suma de neutrones y protones que forman el núcleo de un átomo.

Isótopo: átomos que tienen el mismo número de protones y distinto número de neutrones.

Catión: ion positivo.

Anión: ion negativo.

Estado cristalino y amorfo

Estado cristalino: ordenación atómica que presenta comportamientos diferentes frente a solicitaciones externas en cualquiera de sus direcciones; se dice que es anisótropo.

Estado amorfo: agrupación atómica sin orden, que presenta idénticas propiedades en cualquier dirección del cuerpo; se dice que es isótropo.

Elementos de la red cristalina

• Parámetros de red: distancias entre las posiciones medias de sus centros y el ángulo que forman.
• Malla: elemento o parte representativa de la simetría de red.
• Celda unitaria: elemento o parte que permite reproducir la red si se considera la simetría y los parámetros de red.
• Puntos reticulares: puntos ideales dispuestos en el espacio tridimensional en lugar de átomos.
• Direcciones compactas: direcciones que pasan por el centro de los átomos vecinos de un cristal y que están a la mínima distancia.
• Esferas de influencia: son las esferas que pueden formarse con centro en los distintos átomos y son tangentes en las direcciones compactas.
• Diámetro atómico de la estructura cristalina: es el correspondiente al de las esferas de influencia.

Fases y sistemas de materiales

Fase: parte homogénea de un sistema que se diferencia físicamente del resto.

Sistema de materiales: sustancia o conjunto de sustancias en las que pueden ocurrir transformaciones físicas o químicas. Tienen su origen en la variación de temperatura, presión y concentración de elementos.

Sustancias isomorfas: presentan redes cristalinas iguales, con ángulos que no difieren sensiblemente; sus parámetros de red no tienen por qué ser iguales.

Polimorfismo: sustancias que tienen más de una forma cristalina estable termodinámicamente en ciertos intervalos de presión y temperatura.

Alotropía: lo mismo pero para elementos químicos.

Temperatura de sobreenfriamiento: diferencia entre la de equilibrio y la de cristalización (solidificación) de un metal puro, donde el motivo de arranque está en el núcleo.

Anisotropía: propiedades en función de los esfuerzos por su estructura cristalina.

Isotropía: propiedades independientemente de cómo se aplique la fuerza.

Alotropía: un mismo cuerpo con distintas propiedades, textura y aspecto.

Dendritas: cada celda unitaria se desarrolla sobre otra para formar patrones aciculares cristalinos.

Enlace metálico

Enlace metálico: enlace donde el número de enlaces formados es superior al de electrones de valencia disponibles.

Enlace secundario: atracción de cargas opuestas; no hay transferencia de electrones. La atracción depende de la distribución asimétrica de carga positiva y negativa de cada átomo.

Variedades alotrópicas del hierro

Temperatura (ºC), forma alotrópica, sistema cristalino, parámetros de red (Å) y magnetismo:

• 768 ºC: α (cc), 2.86 Å, muy débil magnetismo.
• 908 ºC: γ (cc)... 2.9 Å, no magnético.
• 1401 ºC: δ (ccc)... 3.6 Å, débil magnetismo.
• 1538 ºC: cc, 2.93 Å.

Clasificación del grano y de los aceros

Clasificación del grano: se realiza contando con un microscopio de 100 aumentos el número de granos por pulgada cuadrada de superficie de probeta, o comparando las imágenes con las muestras de la A.S.T.M. Hay 8 tamaños, cada uno de ellos el doble del anterior, siendo el número 1 el menor y el 8 el mayor (1 = 1 pulgada²...).

Tipificación de los aceros:

• F: aleaciones férreas
• L: aleaciones ligeras
• C: aleaciones de cobre
• V: aleaciones varias
• S: productos sinterizados

Clasificación de materiales

Vidrio: cuerpo sólido transparente y frágil que proviene de la fusión de arena sílice con potasa o sosa.

Clasificación de materiales: metálicos, cerámicos y vidrios, polímeros, compuestos y semiconductores.