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Empaquetamientos compactos
Son empaquetamientos en los que los átomos ocupan el volumen total más pequeño, dejando el mínimo espacio vacio.
Empaquetamiento compacto de esferas Las estructuras que los sólidos cristalinos adoptan son aquellas que permiten el Contacto más íntimo entre las partículas, partículas, a fin de maximizar las fuerzas de atracción entre ellas, cada esfera está rodeada por otras seis en la capa.
Empaquetamiento compacto
No denso, empaquetamiento aleatorio
Denso, empaquetamiento ordenado
Materiales CRISTALINOS
Los átomos se acomodan en arreglos en 3D Típico de › › ›
Metales Mayoría de cerámicos Algunos polímeros
Materiales NO CRISTALINOS
Los átomos no tiene empaquetamiento periódico “Amorfo” = No cristalino Ocurre para: › ›
Estructuras complejas Enfriamiento rápido
Los átomos o iones se consideran como esferas sólidas con diámetro bien definido – modelo atómico de esfera dura Las esferas más cercanas se tocan entre sí En los metales cada esfera representa el núcleo atómico
Cómo podemos acomodar los átomos para minimizar los espacios vacios
Apilando las capas para obtener estructuras 3D
Tienen empaquetamiento denso Razones para el empaquetamiento denso ›
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Generalmente solo esta presente un elemento por lo que todos los radios atómicos son iguales El enlace metálico no es direccional Las distancias a los primeros vecinos tienden a ser cortas para reducir la energía de enlace La nube electrónica cubre a los núcleos
Tiene las estructuras cristalinas más simples
Empaquetamientos en 2D
En 1926 Goldschmidt propuso que los átomos podían ser considerados como esferas rígidas (de igual tamaño para el caso de metales) cuando se empaquetan para formar sólidos. El modo más eficiente de empaquetar esferas en dos dimensiones es una capa con un empaquetamiento hexagonal compacto.
Empaquetamientos compactos en 3D
La estructura de muchos metales se puede describir empleando el concepto de empaquetamiento compacto. El modo más eficiente de empaquetar esferas en tres dimensiones es apilando capas hexagonales compactas para dar lugar a una estructura tridimensional compacta.
La adición de una tercera capa sobre las dos anteriores puede hacerse de dos maneras diferentes y es lo que determina que la estructura resultante sea hexagonal compacta (HCP) o cúbica compacta (CCP).
Empaquetamientos compactos de esferas AB - AB
ABC - ABC
Empaquetamiento cúbico compacto (CCP) Se obtiene un empaquetamiento cúbico compacto cuando la proyección de la tercera capa que se añade no coincide con ninguna de las anteriores, dando lugar a la secuencia
ABCABCABC… Celda unidad: • Cúbica (FCC): a = b = c, α = β = γ = 90° • Z = 4, (0, 0, 0) (0, 1/2, 1/2) (1/2, 0, 1/2) (1/2, 1/2, 0) • Nº. C. = 12
Los átomos se tocan entre si a lo largo de las diagonales de las caras Todos los átomos son iguales ejemplo: Au, Al, Cu, Pb, Ni, etc. # de coordinación = 12 y 4 átomos/celda unitaria: 6 caras x ½ + 8 esquinas x 1/8
•
Tienen el factor de empaquetamiento máximo
APF de una cúbica compacta = 0.74
ABCABC…
Proyección 2D
secuencia de apilamiento
Secuencia de apilamiento para una cúbica centrada en las caras
Empaquetamiento hexagonal compacto (HCP) Se obtiene un empaquetamiento hexagonal compacto cuando la proyección de la tercera capa que se añade coincide con la primera capa, dando lugar a una secuencia •
ABABAB… Celda unidad • Hexagonal: a = b, c = 1.63a, α = β = 90° γ = 120° • Z = 2, (0, 0, 0) (2/3, 1/3, 1/2) • Nº. C. = 12 •
ABAB… Proyección 3D
secuencia de apilamiento
Proyección 2D
Empaquetamientos
Empaquetamientos no compactos: Estructura cúbica simple (SC) Se obtiene una estructura cúbica simple apilando capas con empaquetamiento cuadrado de esferas según la secuencia AAA…. Celda unidad: • Cúbica (P): a = b = c, α = β = γ = 90° • Z = 1, (0, 0, 0) • Nº. C. = 6
Empaquetamientos no compactos: Estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC) Se obtiene una estructura cúbica centrada en el cuerpo apilando capas con empaquetamiento cuadrado de esferas según la secuencia ABAB….
Celda unidad: • Cúbica (I): a = b = c, α = β = γ = 90° • Z = 2, (0, 0, 0) (1/2, 1/2, 1/2) • Nº. C. = 8
Posición de los huecos tetraédricos en una celda cúbica centrada en las caras.
Sólidos metálicos Enlace y propiedades Una visión simple del enlace de un metal es un “mar de electrones” los electrones de valencia forman un mar de carga negativas que mantienen finamente unidos a los átomos. El mar de electrones pueden desplazarse por lo que los metales son conductores, además los metales son maleables(se trabajan bien en hojas) y dúctiles (se pueden convertir en alambres delgados)
Estructura El enlace metálico es poco direccional, lo que explica la tendencia de los átomos de un metal a rodearse del mayor numero posible de otros átomos. Por ello los sólidos metálicos se caracterizan a menudo por tener empaquetamiento compacto.
