UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ANTONIO ABAD DEL CUSCO FACULTAD FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA E INGENIERIA INGENIE RIA METALURGICA
TEMA: EFECTOS DE LA L A ALOTROPIA ALOTROPIA DEL HIERRO
CURSO: TRATAMIENTO TERMICO Y TERMOQUIMICO
AUTORES: ALUMNO: YOVANA CHAUPI QUISPE
DOCENTE: ING GUILLERMO BARRIOS RUIZ
FECHA Y LUGAR DE TRABAJO: Abril – jli! "#l $%&' CUSCO(PERU
LABORATORIO NRO ) EFECTOS DE LA ALOTROPIA DEL HIERRO 1. OBJETIVO DE LA PRACTICA.-
2. MARCO TEORICO
Alotropía Hay elementos y compuestos Alotropía (cambio, giro) es la propiedad de algunas sustancias simples de poseer estructuras moleculares diferentes. Las moléculas formadas por un solo elemento y que poseen distinta estructura molecular se llaman alótropos. Oígeno. !uede eistir como oígeno atmosférico (O") y como o#ono (O$), que genera el olor penetrante distinti%o en las proimidades de las caídas de agua. &ósforo. 'e maniesta como fósforo roo (!*) y como fósforo blanco (!*), de características físicas distintas. Ambos tienen la misma fórmula química, ya que lo que le da propiedades diferentes es su estructura interna. +arbono. ariedades alotrópicas- grato, diamante, grafeno, nano tubos de carbono, fulereno y carbino. n el estado sólido las propiedades alotrópicas ocurren en elementos de una misma composición, pero aspectos diferentes. !or lo tanto, la propiedad debe ocurrir en el mismo estado de agregación de la materia. La eplicación de las diferencias de propiedades se /a encontrado en la disposición espacial de los 0tomos. !or eemplo, en los cristales de diamante cada 0tomo de carbono est0 unido a cuatro 0tomos %ecinos de este mismo elemento, por lo cual adopta una ordenación en forma de tetraedro que le conere una dure#a particular. La /ibridación del carbono en el diamante es sp$. n el grato, los 0tomos de carbono est0n dispuestos en capas superpuestas. n cada capa ocupan los %értices de /e0gonos regulares imaginarios. 1e este modo, cada 0tomo est0 unido a tres de la misma capa con m0s intensidad y a uno de la capa próima de manera m0s débil. n este caso la /ibridación del carbono es sp". sto eplica la blandura y la untuosidad 2al tacto2 del grato. La mina de un l0pi# forma el tra#o porque, al despla#arse sobre el papel, a éste se ad/iere una delgada capa de grato.
l diamante y el grato, por ser dos sustancias simples diferentes, sólidas, constituidas por 0tomos de carbono, reciben la denominación de %ariedades alotrópicas del elemento carbono. 3etales ntre los elementos met0licos de origen natural (/asta 4, sin 5c y !m), "6 est0n en condiciones de ambiente de presión alotrópicos- Li, 7e, 8a, +a, 'r, 5i, 3n, &e, +o, 9, :r, 'n, La, +e, !r, 8d, (!m), 'm, ;d, 5b, 1y, 9b, Hf, 5l, !o, 5/, !a, 4. ntre las estructuras alotrópicas comunes tenemos las del a#ufre. ste no metal tiene un color amarillento, amarronado o anaranado. s blando, fr0gil, ligero, desprende un olor característico a /ue%o podrido al combinarse con /idrógeno y arde con llama de color a#ul, desprendiendo dióido de a#ufre. s insoluble en agua pero se disuel%e en disulfuro de carbono. s multi%alente, y son comunes los estados de oidación <", =", =* y =>. n todos los estados (sólido, líquido y gaseoso) presenta formas alotrópicas cuyas relaciones no son completamente conocidas. 'us estructuras Alotrópicas comunes sonA#ufre rómbico- s conocido de la misma manera como a#ufre ?. 'e /alla de la transformación estable del elemento químico por debao de los @. B+ ("C* B&, el punto de transición), y la mayor parte de las otras formas se re%ierten a esta modicación si se las dea permanecer por debao de esta temperatura. l a#ufre rómbico posee un color amarillo limón, insoluble en agua, le%emente soluble en alco/ol etílico, éter dietílico y benceno, y es muy soluble en disulfuro de carbono. !osee una densidad de ".CD gEcm $(F.F@ o#Ein$), una dure#a de ". en la escala de 3o/s y la fórmula molecular que presenta es '6. A#ufre monoclínico- 5ambién es llamado a#ufre prism0tico o a#ufre G. iene siendo la modicación estable del elemento por encima de la temperatura de transición mientras que se encuentra por debao del punto de fusión. A#ufre fundido- 'e cristali#a en prismas en forma de aguas que son casi incoloras. !osee una densidad de F.@> gEcm$(F.F$ o#Ein$), un punto de fusión de
[email protected] B+ ("*>.D B&) y la fórmula molecular que ostenta es ' 6. A#ufre pl0stico- 1enominado también a#ufre gamma. 'e produce cuando el a#ufre fundido en el punto de ebullición normal o cerca de él, es enfriado al estado sólido. sta forma es amorfa y es sólo parcialmente soluble en disulfuro de carbono. A#ufre líquido- !osee la propiedad notable de aumentar su %iscosidad si su be la temperatura. 'u color cambia a negro roi#o oscuro cuando su %iscosidad
aumenta, y el oscurecimiento del color y la %iscosidad logran su m0imo a "CC B+ ($@" B&). !or encima de esta temperatura, el color se aclara y la %iscosidad disminuye. n el punto normal de ebullición del elemento químico (***.>C B+ u 6$"."6 B&) el A#ufre gaseoso presenta un color amarillo narana. +uando la temperatura aumenta, el color se torna roo profundo y después se aclara, aproimadamente a >C B+ ("C" B&), y adquiere un color amarillo paa. estructuras cristalinas dependiendo de la presión y temperatura a tendremos •
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somorsmo- 'e llaman materiales isomorfos a aquellos sólidos que teniendo el mismo sistema de cristali#ación, tienen distinta composición de elementos químicos. !olimorsmo- +apacidad de un material sólido de eistir en m0s de una estructura cristalina, todas ellas con la misma composición de elementos químicos. Alotropía- +uando las sustancias polimorfas son elementos puros y los estados que toman en diferente red espacial se denominan estados alotrópicos.
l diamante y el grato son dos alótropos del carbono- formas puras del mismo elemento, pero que difieren en estructura. La ferrita o /ierro ?, el /ierro G, el /ierro I o austenita y el /ierro J son estados alotrópicos del /ierro. Las propiedades alotrópicas se presentan en elementos que tienen una misma composición, pero aspectos diferentesK por lo tanto, la propiedad debe obser%arse en el mismo estado de agregación de la materia y es característico del estado sólido.
HIERRO METAL ALOTROPICO l /ierro es un metal alotrópico, es decir, su estructura cristalina sufre %ariaciones con la temperatura. n el /ierro puro (&e), estas transformaciones alotrópicas se dan a unas determinadas temperaturas (cabe destacar que en
los materiales cristalinos los puntos de fusión est0n bien denidos, al contrario que en los amorfos). !or encima de la temperatura de solidicación del &e (F$@ +), éste se encuentra en estado líquido. n el inter%alo de temperaturas que abarca desde los F*CC + a F$@ + se encuentra el /ierro delta (&e J). La estructura cristalina de esta %ariedad es cMbica centrada en el cuerpo (7++), con una longitud de arista de C."@$ nanómetros. l /ierro sigue enfri0ndose, /asta alcan#ar la temperatura de @FC +. 1urante todo este proceso, el /ierro tiene una estructura cristalina cMbica centrada en las caras ( FCC), con una longitud de arista igual a C.$>*> nanómetros. A esta %ariedad de /ierro se la denomina hierro a!!a (&e I). ntre los @FC + y los D>6 + se produce una nue%a %ariedad de /ierro, el hierro "eta(&e G). 'i bien durante este inter%alo de temperaturas no se aprecia un cambio de estructura cristalina y no es una forma alotrópica (sigue siendo una estructura 7++ 2cMbica centrada en el cuerpo< correspondiente al /ierro alfa), es importante destacar que a partir de los D>6 +, punto denominado Te!perat#ra $e C#rie% el /ierro pierde sus propiedades magnéticas (este proceso es re%ersible %ol%iendo a enfriar a temperaturas por debao de +urie). La Mltima %ariedad del /ierro es el hierro al&a (&e ?), que se da en temperaturas inferiores a los D>6 +. sta Mltima forma alotrópica se caracteri#a por una estructura cristalina centrada en el cuerpo ( BCC) con una longitud de arista de C."6> nanómetros. stas transformaciones alotrópicas %an asociadas a 'aria(io)e* $e 'ol#!e), tal y como se muestra en la gr0ca. 'e podría deducir que un incremento de temperatura produciría un aumento de %olumen del /ierro. n efecto, debido a una misma ley de $ilata(i+), se produce el aumento de %olumen en el caso de &e ? y &e J. 'in embargo, obser%amos como a @CC + se produce una repentina (o)tra((i+) 'ol#!,tri(a y a F*CC + se produce unaepa)*i+) 'ol#!,tri(a. stas discontinuidades pueden eplicarse mediante los cambios alotrópicos (de ? a I y de I a J), ya que los &a(tore* $e e!pa#eta!ie)to at+!i(o de las estructuras cristalinas asociadas a las formas alotrópicas del /ierro son distintos. Así, tenemos que-
l /ierro alfa presenta una estructura 7++ con un factor de empaquetamiento igual a C.>6. sto quiere decir que tiene el /0 del %olumen total de la celda unitaria o(#pa$a por 0tomos de /ierro. l /ierro gamma presenta una estructura &++ cuyo factor de empaquetamiento es el de m0ima compacidad (C.D*). s decir, el 3 del %olumen total est0 o(#pa$opor 0tomos de /ierro. !or Mltimo, el /ierro delta presenta de nue%o una estructura 7++ con un factor de empaquetamiento de 4./0. !odemos concluir, pues, que el hierro a!!a es !5* $e)*o que el /ierro alfa y el /ierro delta (para una misma cantidad de %olumen, /abr0 m0s masa de &e). sto eplica los cambios %olumétricos denidos anteriormente'i tenemos una cantidad de /ierro alfa (de masa in%ariable), al promocionar a /ierro gamma, como la densidad de éste es mayor, el %olumen /a de ser menor para mantener la proporción. Al contrario sucede en el paso de /ierro gamma a /ierro delta- como la densidad del /ierro delta es menor, el /ierro gamma tendr0 que epandirse %olumétricamente para mantener la proporción.
6. MATERIALE7 8 E9:IPO :TILI;ADO7< +AN7O8 &NNO 1 +O8'5N4++O8 L'O &NNO 1 +O8'5N4++O8 +ONN4;A1O 34LL HON8O 1 +AL85A385O • • • • •
3. PROCEDIMIE=TO< 7e calentó las tres probetas a FCCC c u#ando carbón Luego de calentar se lle%o al enfriamiento por un tiempo adecuado
5ercero repetimos el calentamiento y anloemnte el enfriamiento Limpiamos las probetas. 'e saco conclusiones.
>. COME=TARIO /. CO=CL:7IO= 8 7:?ERE=CIA . BIBLIO?RAFIA
Fuentes: - Ciencia de materiales. Teoría-Ensayos-Tratamientos – P. Coca & J. Rosique – PIRÁI!E - Introducci"n al conocimiento de materiales – #. $arroso & J. I%'e( - )*E!
