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2. Redes cristalinas.

Casi todos los materiales metálicos que conocemos a nuestro alrededor tienen una estructura ordenada, es decir, cristalina.

Pero no todas las estructuras son iguales. Podríamos observar distintos metales para establecer una clasificación de las diferentes ordenaciones encontradas, o dicho de una forma más técnica, de las distintas redes encontradas.

También conocemos, en general, los sólidos de la naturaleza son cristalinos. Lo que implica que los iones, átomos o moléculas que los constituyen se ordenan geométricamente en el espacio. En ocasiones esta estructura ordenada no es apreciable a simple vista porque están formados por una agrupación de microcristales orientados de formas diversas dando lugar a estructuras policristalinas, aparentemente amorfas.

Importante

Celda unitaria
Imagen  E.L.U.E. Creative Commons

Las redes cristalinas se caracterizan fundamentalmente por un orden o periodicidad.

La estructura interna de los cristales viene representada por la llamada celdilla unidad o elemental que es el menor conjunto de átomos que mantienen las mismas propiedades geométricas de la red y que al expandirse en las tres direcciones del espacio constituyen una red cristalina.

El tamaño de esta celdilla viene determinado por la longitud de sus tres aristas (a, b, c), y la forma por el valor de los ángulos entre dichas aristas ( α, β , γ ).

 

Auguste Bravais, en el siglo XIX fue el primero en proponer la hipótesis de la estructura reticular de los minerales.
En la actualidad se han podido describir catorce redes cristalinas, llamadas redes de Bravais.
Estas catorce tipos de celdillas elementales, son las que vemos a continuación:

De las catorce redes de Bravais, casi todos los metales elementales y aleaciones metálicas, cistalizan en los siguientes tres tipos: BCC, FCC y HCP.

Constantes en las estructuras cristalinas

En las diferentes esctructuras cristalinas se definen tres constantes principales:

  • Índice de coordinación: Representa el número de átomos que redean (están en contacto directo) a un átomo.
  • Número de átomos de la celdilla: Es la cantidad de átomos que hay en cada celdilla.
  • Factor de empaque: Representa la relación entre el volumen de los átomos que hay en la celda unidad y el volumen de la celda unidad. Nos proporciona una idea del volumen ocupado y libre. También podría expresarse en términos de densidad atómica de cada celdilla, es decir la masa de la celdilla dividido entre el volumen de la celdilla.
  • Constante reticular: Representa el valor de la arista de la celdilla respecto al radio atómico.

Importante

Red cúbica centrada en el cuerpo
Imagen Wikimedia. Creative Commons.

Red Cúbica Centrada en el Cuerpo (BCC, Body Centred Cubic)

La red representa un cubo cuyo parámetros son:

  • aristas: a = b = c
  • ángulos entre aristas: α = β = γ = 90°
  • índice de coordinación: 8.
  • número de átomos de la celdilla = (8*1/8) + 1 = 2 átomos/celdilla
  • constante reticular (arista) =

EJEMPLOS: Feα, Mo, Na, ...

Curiosidad

Animación de una red BCC, procedente de McMaster University

 

 
 
 
Multimedia 02. Youtube Creative Commons.

Importante

Red cúbica centrada en las caras
Imagen Wikimedia. Creative Commons.

Red Cúbica centrada en las Caras (FCC, Face Centred Cubic)

La red tiene forma de cubo, cuyos parámetros son:

  • aristas: a = b = c
  • ángulos entre aristas: α = β = γ = 90°
  • cantidad de átomos: 8 átomos en los vértices del cubo y 6 en los centros de cada una de las caras.

EJEMPLOS: Feγ, Ni, Co, Cu, Al, Ti, ...

Curiosidad

Animación de una red FCC

 

 
 
 
Multimedia 03. YoutubeCreative Commons.

 

Importante

Red hexagonal compacta
Imagen Wikimedia. Creative Commons.

Red Hexagonal Compacta (HCP, Hexagonal Close Packing)

La red tiene forma de prisma recto de base es un hexaedro, cuyos parámetros son:

  • aristas: a = b ≠ c
  • ángulos entre aristas: α = β = 90°; γ = 120°
  • índice de coordinación: 12
  • cantidad de átomos: 12 átomos están dispuestos en los vértices de la red, 2 átomos en el centro de la base y 3 átomos en el interior de la red.
  • número átomos/celdilla = (12*1/6)+3+(2*1/2) = 7 átomos/celdilla

EJEMPLOS: Ti, Co, Cd, Mg, ...

Curiosidad

Animación de una red HCP, procedente de McMaster University

 

 
 
 
 
 
 
Multimedia 04. Youtube Creative Commons.

 

Comprueba lo aprendido

Pregunta

Las redes cristalinas están formadas por:

Respuestas

Celdillas unidad.

Redes de Bravais.

Microcristales.

Retroalimentación

Comprueba lo aprendido

Fíjate en la estructura de la red cúbica centrada en el cuerpo, y contesta a estas preguntas.

Pregunta 1

Los átomos de los vértices son 8 en total

Pregunta 2

En el centro del cubo, hay 2 o más átomos.

Pregunta 3

Esta estructura cristalina se abrevia como FCC.