of 13
Enlaces interatmicosEnlaces interatEnlaces interatmicosmicos
E.F. Irassar
Laboratorio de MaterialesDepartamento de Ingeniera Civil,
Facultad de Ingeniera, Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires,
B7400JWI -Olavarra, Argentina.
EnlacesEnlaces
Niveles de anNiveles de anlisislisisExisten cuatro niveles de anlisis en la estructura de un
material: estructura atmica
z propiedades fsicas: comportamiento elctrico y magntico, caractersticas trmicas, pticas y elsticas
ordenamiento atmicoz comportamiento mecnico de los materiales
microestructuraz comportamiento mecnico y durable de los materiales
macroestructuraz comportamiento general del material compuesto.
EnlacesEnlaces
Estructura atEstructura atmicamica
2 e- en el primer nivel 12 e- en el subnivel s del nivel 23 e- en el subnivel p del nivel 2
1s22s2 2p3
El tomo de nitrgeno tiene 7 protones y 7 neutrones en el ncleo,
rodeado por 7 electrones. (nmero atmico 7, masa atmica 14)
9Un tomo est compuesto por un ncleo (protones + neutrones) rodeado por electrones. 9El nnmero atmero atmicomico de un elemento es el
numero de electrones o protones.9La masa atmasa atmica Mmica M corresponde al
numero de protones y neutrones nucleares.
Estructura electrnica9Cada electrn posee una energa
caracterstica, no habiendo ms de dos electrones con spin opuesto por nivel energtico.9Las subniveles de energa (s, p, d y f)
puede albergar slo un cierto numero de electrones (s =2; p= 6, d=10 y f=14), y su cantidad se incrementa con el incremento del nivel de energa.
.
EnlacesEnlaces
Fuerzas entre Fuerzas entre tomostomos Los tomos al aproximarse ejercen
fuerzas de atraccin y repulsin uno sobre el otro.
Fneta = Fatraccin + Frepulsin El equilibrio se alcanza cuando se
igualan estas fuerzas a una distancia ro.
Fatraccin = Frepulsin A la distancia ro la energa potencial
es mnima y representa la energa de enlace entre esos dos tomos.
La magnitud de la energa de enlace (E0) determina ciertas propiedades de los materiales.
EnlacesEnlaces
Tipos de enlaceTipos de enlace
Tipo de enlace Energa deenlace
kcal/mol
Carcter del enlace
Enlace Qumico (primario) Inico 140 - 250 No direccional Covalente 15 - 170 Direccional Metlico 27 - 83 No direccional
Fuerzas intermoleculares (secundario) Fuerzas de dispersin hasta 10 No direccional Atraccin dipolo-dipolo hasta 5 Direccional Dipolo-dipolo inducido hasta 0.5 Enlace de hidrgeno hasta 12 Direccional
Existen distintos tipos de enlaces: primarios y secundarios En los enlaces primarios o qumicos (inico, covalente y metlico) estn involucrados los electrones de valencia Los enlaces secundarios provienen de fuerzas electrostticas
EnlacesEnlaces
Enlaces primariosEnlaces primariosEnlace inico: existe la transferencia
de electrones de un tomo a otro. El enlace es el resultado de atraccin electrosttica.
Enlace coovalente: Los electrones de valencia son compartidos entre dos tomos adyacentes.
Enlace metlico: Los electrones forman una nube de electrones distribuidos entorno a los iones metlicos
+ + +
+ + +- -
EnlacesEnlaces
Enlace secundario o de Van Enlace secundario o de Van derder WaalsWaals
Dipolo permanentes: ocurre entre molculas polares adyacentes. El puente de hidrgeno es el enlace secundario ms fuerte y ocurre en HF, H2O y NH3
Dipolo inducido: Ocurre en molculas no polares. Puede ser fluctuante en molculas simtricas se puede puede dar por distribucin espacial de los ncleos y electrones. Otra forma es una molcula polar como el HCl que puede inducir dipolos en molculas no polares prximas.
- +
Se trata de enlaces producidos por atraccin de cargas opuestas, sin transferencias de electrones y producto de la asimetra de las molculas.
+ +-
- +
EnlacesEnlaces
ClasificaciClasificacin de los materiales por su enlacen de los materiales por su enlace
EnlacesEnlaces
Propiedades vs EPropiedades vs E00Coeficiente de Coeficiente de
expansiexpansin tn trmica (rmica () TemperaturaTemperatura dede fusifusinn (T(Tff))
Tf es mayor si Eo es mayor
r o r
Energa
mayor Tf
menor Tf
)
r or
menor mayor
Energa
Eo
Eo
es mayor si Eo es menor
EnlacesEnlaces
Temperatura de fusin
0
1000
2000
3000
4000
5000
DiamanteGrafito
Carburo de Sixido de Magnesio
xido de AlNitruro de Si
Silicio
Hielo
Tungsteno
TntaloMolibdenoNiobio
CromoZirconioPlatinoTitanioFe/AcerosCobalto/NquelCobreOroPlataAluminioMagnesioZincPlomoTINMercurio
PoliamidasMelaninasPolisterEpoxy, Nylon
Cermets
PRFV, PRFCMaderas
Metales y aleacionesCermicos y semiconductoresPolmeros
Compuestos y fibras
PRFV: plstico reforzado con fibra de vidrio.PRFC: plstico reforzado con fibra de carbono.TIN: Nitruro de titanio
T
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
,
K
EnlacesEnlaces
Resumen
Tipo Energa de enlaceCaractersticas
del enlace Propiedades
Inico Muy Elevada No direccional Elevada TfBajo
CovalenteVariable
Diamante: elevadaBismuto: baja
Direccional Elevada TfModerado
MetlicoVariable
Tungsteno: elevadaMercurio: baja
No direccional Moderada TfModerado
Secundarios Baja Direccional Baja TfAlta
EnlacesEnlaces
ResumenResumenz El tipo de enlace atmico es una base para clasificar los
materiales tecnolgicos.z Debemos conocer la estructura interna de los tomos. El
nmero atmico y la masa atmica es determinada por la particulas del nucleo (protones + neutrones) y la natureza del enlace radica en el comportmaiento de los electrones.
z Hay tres tipos de enlaces primarios (inico, covalente y metlico) y hay enlaces mas dbiles resultado de la atraccin entre dipolos elctricos, temporales o permanentes.
z La divisin de los materiales ingenieriles tienen como base el carcter del enlace: Metales = enlaces metlico Cermicas y vidrios = enlaces inicos-covalentes Polmeros = enlaces covalentes-secundarios
EnlacesEnlaces
Donde obtener mDonde obtener ms informacis informacinn
z W.D. Calister, Introduccin a la ciencia e ingeniera de los materiales Capitulo 4:
z D.R. Askeland, La ciencia e Ingeniera de Materiales Capitulo 2: Estructura Atmica
z W.G. Moffatt, G.W. Pearsall, J. Wulff. Ciencia de los Materiales: I -Estructura Capitulo 2: Estructura atmica y enlaces
z W.F. Smith, Fundamentos de la ciencia e ingeniera de materiales Capitulo 4: Estructura atmica y enlaces
z P.A. Thornton & V.J. Colangelo, Ciencia de materiales para ingeniera Capitulo 4:
z J.F. Shakelford, Ciencia de Materiales para Ingenieros Capitulo 2: Enlazamiento atmico
Enlaces interatmicosNiveles de anlisisEstructura atmicaFuerzas entre tomosTipos de enlaceEnlaces primariosEnlace secundario o de Van der WaalsClasificacin de los materiales por su enlacePropiedades vs E0Temperatura de fusinResumenResumenDonde obtener ms informacin