Introducción a la Ciencia e Ingeniería de Materiales

Ciencia de Materiales vs. Ingeniería de Materiales

Ciencia de Materiales: Se enfoca en la investigación de las propiedades y estructuras de los materiales, con aplicaciones en diversas áreas de la ciencia.

Ingeniería de Materiales: Utiliza la base científica de los materiales para desarrollar y diseñar nuevos materiales con propiedades específicas para aplicaciones en ingeniería.

Tipos de Enlaces Químicos

Los enlaces químicos determinan las propiedades de los materiales. Los principales tipos de enlaces son:

• Enlace Metálico: Unión entre átomos de metales, donde los electrones de valencia se comparten en una "nube" alrededor de los núcleos atómicos.
• Enlace Covalente: Comparte electrones de valencia entre dos o más átomos, formando materiales duros como el diamante y muchos cerámicos.
• Enlace Iónico: Atracción electrostática entre iones de carga opuesta, como en el cloruro de sodio (NaCl).
• Enlace de Van der Waals: Fuerzas de atracción débiles entre moléculas apolares debido a dipolos instantáneos.

Clasificación de Materiales

Metales y Aleaciones

Materiales con alta conductividad eléctrica y térmica, como el magnesio, zinc, hierro, titanio, cobre y níquel.

Cerámicos

Materiales cristalinos inorgánicos, como la arena de mar y las rocas, con alta dureza y resistencia a altas temperaturas.

Vidrios y Vidrios Cerámicos

Materiales amorfos con estructura no periódica. Los vidrios cerámicos se forman mediante la nucleación de cristales pequeños dentro del vidrio.

Polímeros

Cadenas largas de moléculas orgánicas, como el caucho y los adhesivos, con buena relación resistencia/peso.

Semiconductores

Materiales con conductividad eléctrica intermedia, como el silicio, germanio y arseniuro de galio, utilizados en componentes electrónicos.

Materiales Compuestos

Combinan propiedades de diferentes materiales para obtener características específicas.

Estructuras Cristalinas y Celdas Unitarias

Las celdas unitarias son la unidad básica que se repite en una estructura cristalina. Algunos tipos de celdas unitarias son:

• Cúbica simple
• Cúbica centrada en las caras
• Cúbica centrada en el cuerpo
• Tetragonal simple
• Tetragonal centrada en el cuerpo
• Hexagonal
• Ortorrómbica simple
• Ortorrómbica centrada en el cuerpo
• Ortorrómbica centrada en las caras
• Rombodrica
• Monoclínica simple
• Monoclínica centrada en las bases
• Triclínica

Parámetros de Red

Los parámetros de red (a, b, c) y los ángulos entre ellos definen la geometría de la celda unitaria:

• Cúbica: a = b = c, todos los ángulos de 90°
• Tetragonal: a = b ≠ c, todos los ángulos de 90°
• Ortorrómbica: a ≠ b ≠ c, todos los ángulos de 90°
• Hexagonal: a = b ≠ c, dos ángulos de 90° y uno de 120°
• Rombodrica: a = b = c, ángulos iguales pero no de 90°
• Monoclínica: a ≠ b ≠ c, dos ángulos de 90° y uno diferente
• Triclínica: a ≠ b ≠ c, todos los ángulos diferentes y ninguno de 90°