RESUMEN SEMANA 5

2.16 Estado vítreo

 Los cuerpos en estado vítreo se caracterizan por presentar un aspecto sólido con cierta dureza y rigidez y que ante esfuerzos externos moderados se deforman de manera generalmente elástica. Sin embargo, al igual que los líquidos, estos cuerpos son ópticamente isótropos, transparentes a la mayor parte del espectro electromagnético de radiación visible. Cuando se estudia su estructura interna a través de medios como la difracción de rayos X, da lugar a bandas de difracción difusas similares a las de los líquidos. Si se calientan, su viscosidad va disminuyendo paulatinamente -como la mayor parte de los líquidos- hasta alcanzar valores que permiten su deformación bajo la acción de la gravedad, y por ejemplo tomar la forma del recipiente que los contiene como verdaderos líquidos. No obstante, no presentan un punto claramente marcado de transición entre el estado sólido y el líquido o "punto de fusión".

 Todas estas propiedades han llevado a algunos investigadores a definir el estado vítreo no como un estado de la materia distinto, sino simplemente como el de unlíquido subenfriado o líquido con una viscosidad tan alta que le confiere aspecto de sólido sin serlo. Esta hipótesis implica la consideración del estado vítreo como un estado metastable al que una energía de activación suficiente de sus partículas debería conducir a su estado de equilibrio, es decir, el de sólido cristalino.

 Todo parece indicar que los cuerpos en estado vítreo no presentan una ordenación interna determinada, como ocurre con los sólidos cristalinos. Sin embargo en muchos casos se observa un desorden ordenado, es decir, la presencia de grupos ordenados que se distribuyen en el espacio de manera total o parcialmente aleatoria.

 Según la teoría atómica geométrica.

 Las sustancias susceptibles de presentar un estado vítreo pueden ser tanto de naturaleza inorgánica como orgánica, entre otras: 

Elementos químicos: Si, Se, Au-Si, Pt-Pd, Cu-Au. 

Óxidos: SiO2, B2O3, P2O5, y algunas de sus combinaciones

Compuestos: As2S3, GeSe2, P2S3, BeF2, PbCl2, AgI, Ca (NO3)2.

 Siliconas (sustancias consideradas como semiorgánicas)

 Polímeros orgánicos: tales como glicoles, azúcares, poliamidas, poliestirenos o polietilenos, etc.

 2.17 Estructura amorfa

Estructura Amorfa se presenta como un amontonamiento caótico de subestructuras idénticas. 

Las subestructuras siguen líneas quebradas al azar y el orden sólo se discierne a corta distancia. En la difracción también se refleja esta diferencia; la imagen que produce un haz de partículas -fotones, electrones, neutrones- que incide en un cristal amorfo conlleva un punto de impacto central, que corresponde a las partículas no desviadas, rodeado de anillos que corresponden a las distancias medias que son las más frecuentes entre los átomos.

Estructura Amorfa se presenta como un amontonamiento caótico de subestructuras idénticas. La estructura cristalina se presenta en forma de repetición de subestructuras estrictamente periódicas, en las que domina el paralelismo; el cuarzo es el ejemplo más habitual. Por otra parte, en los cristales se distingue un orden a larga distancia, con una organización rigurosamente periódica de las subestructuras, en tanto que en las estructuras amorfas, las subestructuras siguen líneas quebradas al azar y el orden sólo se discierne a corta distancia. 

 -Descripción de las propiedades de los sólidos amorfos.

 Un sólido amorfo consiste en partículas acomodadas en forma irregular y por ello no tienen el orden que se encuentra en los cristales. Ejemplos de sólidos amorfos son el vidrio y muchos plásticos.

 a) Modelo micro cristalino:  

Los materiales amorfos están constituidos por un elevado número de agregados cristalinos, cada uno de ellos constituido por alrededor de 100 átomos. Estos agregados cristalinos están dispersos en el sólido y se enlazan entre sí mediante una “red” cuya naturaleza hay que especificar. La limitación en el número de átomos en el agregado proviene del hecho de que no se pueden conseguir agregados compactos de mayor tamaño con energía suficientemente pequeña como para estabilizar la estructura.

 b) Modelo poliédrico:

 De nuevo estamos ante un empaquetamiento de átomos, enlazados según una configuración tetraédrica. Sólo para pequeños números de átomos consigue empaquetamientos perfectos con baja energía; para números elevados de átomos hay que empezar a admitir un cierto grado de frustración. Tampoco es capaz de definir la naturaleza de la “red” en la que los agregados están dispersos. Los aglomerados resultantes en este modelo poseen ejes de rotación de orden de cinco, elemento de simetría prohibido en los cristales.

 c) Modelo de empaquetamiento denso al azar:

Este modelo fue propuesto inicialmente por Bernal para explicar la estructura de los líquidos. Su interés actual es fundamentalmente histórico. Se trata de ir ensamblando esferas de forma de forma que la configuración sea lo más compacta posible. En cada etapa vamos añadiendo una nueva esfera tan cerca como sea posible del centro del agregado correspondiente.

2.18 Propiedades características de un material vítreo

Se caracterizan por presentar un aspecto sólido con cierta dureza y rigidez y que ante esfuerzos externos moderados se deforman de manera generalmente elástica. Sin embargo, al igual que los líquidos, estos cuerpos son ópticamente isótropos, transparentes a la mayor parte del espectro electromagnético de radiación visible. Cuando se estudia su estructura interna a través de medios como la difracción de rayos X, da lugar a bandas de difracción difusas similares a las de los líquidos. Si se calientan, su viscosidad va disminuyendo paulatinamente -como la mayor parte de los líquidos- hasta alcanzar valores que permiten su deformación bajo la acción de la gravedad, y por ejemplo tomar la forma del recipiente que los contiene como verdaderos líquidos. No obstante, no presentan un punto claramente marcado de transición entre el estado sólido y el líquido o "punto de fusión".  Podemos definir a un vidrio como un líquido que ha perdido su habilidad para fluir, o bien, como un material sólido amorfo con características estructurales de líquido y que presenta una transición vítrea. La manera más fácil de formar un vidrio es enfriando un líquido lo suficientemente rápido para evitar que la cristalización ocurra. Para entender el proceso de transformación de líquido a vidrio se pueden monitorear los cambios de entalpía o volumen en función de la temperatura. La figura 1 muestra cómo, al bajar la temperatura de un líquido, dos cosas pueden ocurrir: 1) Si el líquido cristaliza, se observa una discontinuidad en la propiedad observada a la temperatura de fusión (línea punteada), correspondiente a una transformación de primer orden.2) Si la cristalización es “ignorada”, el líquido pasa a un estado meta estable supe enfriado (línea gris obscuro) y la curva permanece con la misma pendiente. Al continuar enfriando llega un momento en que la pendiente de la curva sufre un cambio y a esta temperatura se le conoce como temperatura de transición vítrea (Tg) y es a la temperatura a la cual el vidrio es formado. Otra de las propiedades que pueden ser usadas para definir la transición vítrea de un material es la viscosidad. Como es sabido, al enfriar un líquido su viscosidad incrementa progresivamente. En la proximidad de la transición vítrea el líquido pasa de ser un líquido extremadamente viscoso a ser un sólido rígido que retiene las características estructurales de un líquido. Para la mayoría de los vidrios la transición vítrea se presenta cuando la viscosidad del material alcanza un valor de 1012 Pa-s *. Este valor fue usado por C.A. Angell, quien en 1985 propuso una clasificación para los vidrios 4. Angell graficó la viscosidad de varios líquidos en escala logarítmica y usó el valor de la temperatura de transición vítrea, Tg, de una serie de substancias formadoras de vidrio para lograr una comparación de viscosidades en rangos de temperatura muy distintos. Los líquidos siguen dos tipos de comportamiento: aquellos que presentan un comportamiento cercano al descrito por una curva de Arrhenius (línea recta graficando log h vs. 1/T) son llamados “fuertes”, mientras que aquellos que presentan una curvatura son llamados “frágiles” .Los vidrios fuertes como el SiO2 tienen estructuras estables, es decir, arreglos moleculares que resisten modificación térmica y presentan saltos pequeños en su capacidad calorífica durante el proceso de vitrificación. En contraste, los vidrios obtenidos a partir de líquidos frágiles presentan drásticos cambios en el ordenamiento de sus arreglos moleculares cuando son calentados a través de su temperatura de transición vítrea y el cambio de capacidad calorífica en la transición vítrea es mucho mayor que en los vidrios fuertes.

2.19 Metalurgia: Principales metales y aleaciones
usadas en la industria

 La metalurgia es la técnica de la obtención y tratamiento de los metales desde minerales metálicos hasta los no metálicos. También estudia la producción de aleaciones, el control de calidad de los procesos vinculados así como su control contra la corrosión. Además de relacionarse con la industria metalúrgica.

La metalurgia es la ciencia y técnica de la obtención y tratamiento de los metales desde minerales metálicos hasta los no metálicos. También estudia la producción de aleaciones, el control de calidad de los procesos vinculados así como su control contra la corrosión. Además de relacionarse con la industria metalúrgica.

 Metal se usa para denominar a los elementos químicos caracterizados por ser buenos conductores del calor y la electricidad, poseen alta densidad, y son sólidos en temperaturas normales (excepto el mercurio); sus sales forman iones electropositivos (cationes) en disolución.

Metales que están destinados a un uso especial, son el antimonio, el cadmio o el litio.

 Los pigmentos amarillos y anaranjados del cadmio son muy buscados por su gran estabilidad, como protección contra la corrosión, para las soldaduras y las aleaciones correspondientes y en la fabricación de baterías de níquel y cadmio, consideradas excelentes por la seguridad de su funcionamiento. También se le utiliza como estabilizador en los materiales plásticos (PVC) y como aleación para mejorar las características mecánicas del alambre de cobre. Su producción se lleva a cabo en el momento de la refinación de zinc, con el que está ligado, se trata de un contaminante peligroso.

 El litio, metal ligero, se emplea principalmente en la cerámica y en los cristales, como catalizador de polimerización y como lubricante, así como para la obtención del aluminio mediante electrólisis. También se emplea para soldar, en las pilas y en las baterías para relojes, en medicina (tratamiento para los maníaco-depresivos) y en química.

El níquel, a causa de su elevada resistencia a la corrosión, sirve para niquelar los objetos metálicos, con el fin de protegerlos de la oxidación y de darles un brillo inalterable en la intemperie.

El denominado "hierro blanco" es, en realidad, una lamina de acero dulce que recibe un baño de cloruro de zinc fundido, y a la que se da después un revestimiento especial de estaño.

 Aleaciones más comunes

Las aleaciones más comunes utilizadas en la industria son:

• Acero
• Alnico
• Alpaca
• Bronce
• Constantán
• Cuproníquel
• Magal
• Magnam
• Magzinc
• Nicrom
• Nitinol
• Oro blanco (electro)
• Peltre
• Plata de ley
• Zamak
• Latón o Cuzin
• Pilin

2.20 Cerámica: principales materiales cerámicos utilizados en la industria

 La palabra cerámica deriva del vocablo griego keramos, cuya raíz sánscrita significa "quemar". En su sentido estricto se refiere a la arcilla en todas sus formas. Sin embargo, el uso moderno de este término incluye a todos los materiales inorgánicos no metálicos que se forman por acción del calor.

 Hasta los años 1950, los materiales más importantes fueron las arcillas tradicionales, utilizadas en alfarería, ladrillos, azulejos y similares, junto con el cemento y el vidrio. El arte tradicional de la cerámica se describe en alfarería. También puede buscarse la historia del rakú, singular técnica milenaria oriental.

 Históricamente, los productos cerámicos han sido duros, porosos y frágiles. El estudio de la cerámica consiste en una gran extensión de métodos para mitigar estos problemas y acentuar las potencialidades del material, así como ofrecer usos no tradicionales. Esto también se ha buscado incorporándolas a materiales compuestos como es el caso de los cermets, que combinan materiales metálicos y cerámicos.

 Ejemplos de materiales cerámicos

• Nitruro de silicio (Si3N4), utilizado como polvo abrasivo.
• Carburo de boro (B4C), usado en algunos helicópteros y cubiertas de tanques.
• Carburo de silicio (SiC), empleado en hornos microondas, en abrasivos y como material refractario.
• Diboruro de magnesio (MgB2), es un superconductor no convencional.
• Óxido de zinc (ZnO), un semiconductor.
• Ferrita(Fe3O4) es utilizado en núcleos de transformadores magnéticos y en núcleos de memorias magnéticas.
• Esteatita, utilizada como un aislante eléctrico.
• Óxido de uranio (UO2), empleado como combustible en reactores nucleares
• Óxido de itrio, bario y cobre (YBa2Cu3O7-x), superconductor de alta temperatura.

Equipo 5 

·      María Gpe. Quintero Peña

·      José Dondiego Hernández

·      Marisol Sánchez Melo

·      Carolina Lorenzo Mora

·      Adrian Azael Mendoza Torres

·      Luis Montiel

·      Víctor Hugo Mendoza