Estructuras Cerámicas, Poliméricas y Semiconductoras

8/16/2019 Estructuras Cerámicas, Poliméricas y Semiconductoras

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ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA METALÚRGICAFACULTAD DE INGENIERÍA “AÑO DE LA DIVERSIFICACIÓN PRODUCTIVA Y DEL FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACIÓN” Cerro de Pasco - 2015

CURSO: Metalurgia Fíi!a I

INGENIERO: Mg" PALOMINO ISIDRO# Ru$%& E"

SEMESTRE: O!ta'(

INTEGRANTES:

C)U*UIYAURI POMACINO# Me+,e+a Na,-a

ME.IA MOLINA# Al+er Iaía

VILLE/AS *UISPE# Eri!0

ESTRUCTURAS: CERÁMICAS,POLIMÉRICAS Y SEMICONUCTORAS


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ESTRUCTURAS: CERÁMICAS, POLIMÉRICAS Y

EICAO A:Dios por protegernos y guiarnos por un buen

camino, a nuestros padres por la educación y amor

que nos brindan día a día y a usted Ingeniero por la

enseñanza que nos transmite a cada uno de

nosotros.

METALURGIA FÍSICA I 2


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!NICE

Introducción Pág. 04

I" Estructuras cerámicas 0a) Materiales cerámicos 0b) Estructura de los materiales cerámicos 0!

b." #structuras cerámicas con un solo elemento 0$ b."." Diamante 0$ b.".% &ra'ito "0 b.".( )ullerenos "" b.% #structuras cerámicas binarias "

b.%." #structuras cristalinas del tipo [ AX ] "$

b.%."." #structuras cristalinas [salderoca ] "$

b.( #structuras cerámicas ternarias %" c) Cálculos de la densidad de las cerámicas %4 d) Estructuras no cristalinas % e) Propiedades de los materiales cerámicos %* f) Aplicaciones (0II. Estructuras poliméricas (" + -oncepto y clasi'icación (" /ipos de polímeros más comunes (% - -ristalización del polímero (! #structuras que in'luyen sobre las cadenas polimricas ($

D #structura de los polímeros (* # #structura y propiedades de los polímeros termoplásticos (1 ) +plicaciones 4III. Estructuras semiconductoras 4$ + 2emiconductores intrínsecos3 estructura cristalina 4$ 2emiconductores etrínsecos 0 - Propiedades de los materiales semiconductores (IV. Conclusiones 4V. Bibliografa



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INTROUCC!ON

#n el siguiente traba5o presentamos los di6ersos tipos de estructuras como

son3 cerámicas, polimricas y semiconductoras.7as estructuras cerámicas constituyen un amplio con5unto de compuestos cuya

característica 'undamental es estar 'ormados por la unión de elementos

atómicos mediante enlaces de carácter predominantemente iónico o co6alente,

es decir, uniones interatómicas 'uertes y estables, las estructuras polimricas

generalmente poseen estructura desordenada o amor'a como consecuenciadel mecanismo seguido en la polimerización que generalmente es radical. 2in

embargo, por la composición química del monómero o por el procedimiento

seguido en la polimerización 8coordinación y en ocasiones aniónico8 el estado

cristalino tambin puede eistir en los polímeros.Por la tanto las estructuras semiconductoras son materiales que poseen

propiedades intermedias de conducción.

I" ESTRUCTURAS CERÁMICAS

a) MA!E"IA#E$ CE"%MIC&$'



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7os materiales cerámicos son compuestos químicos inorgánicos o

soluciones comple5as, constituidos por elementos metálicos y no

metálicos unidos entre sí principalmente mediante enlaces iónicos y9o

co6alentes: con gran aplicación en al'arería, construcción, utensilios de

cocina, dispositi6os elctricos.

#sta gran 6ersatilidad de aplicaciones se debe a que poseen

propiedades muy características que no pueden ser obtenidas con

ning;n otro material.

a.() !IP& E $*$!A+CIA'

2on compuestos inorgánicos constituidos por elementos metálicos

y no metálicos.

2u enlace puede ser iónico o co6alente. Presenta estructura cristalina.

b) E$!"*C!*"A E #&$ MA!E"IA#E$ CE"%MIC&$'

7a gran 6ariedad de composiciones químicas de los cerámicos se re'le5a

en sus estructuras cristalinas. uc=as de estas estructuras cerámicas tambin

describen compuestos intermetálicos, Por otra parte, es posible de'inir

un 'actor de empaquetamiento iónico ?IP), ionic par@ing 'actor, similar al

+P) de'inido en el caso de las estructuras metálicas. #l IP) es la

'racción de la celda unidad ocupada por los distintos aniones y cationes.

7a mayoría de las cerámicas son compuestos 'ormados por elementos

metálicos y no metálicos cuyos enlaces interatómicos pueden ser de

carácter totalmente iónico, de carácter predominantemente iónico con

alg;n carácter co6alente, de carácter predominantemente co6alente con



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alg;n carácter iónico o de carácter totalmente co6alente. #l trmino

AcerámicaA pro6iene de la palabra griega A@erami@osA, que signi'ica Acosa

quemadaA, indicando de esta manera que las propiedades deseables de

estos materiales generalmente se alcanzan despus de un tratamiento

trmico a alta temperatura que se denomina cocción.

Puesto que el enlace atómico en los materiales cerámicos es

parcialmente o totalmente iónico, muc=as estructuras cristalinas de los

materiales cerámicos pueden ser pensadas como compuestas de iones

elctricamente cargados en lugar de átomos. Puesto que las cerámicas

están compuestas usualmente por al menos dos elementos y a menudo

por más de dos, sus estructuras cristalinas son generalmente más

comple5as que la de los metales.

NOTA:

#a ma,ora de las estructuras cristalinas consisten en

disposiciones compactas de los aniones con uno o más tipos de

cationes posicionados en -uecos tetraédricos u octaédricos. En

estas estructuras tiende a predominar el enlace iónico. &tras

estructuras cristalinas cerámicas consisten en tetraedros ,o

octaedros aislados /ue se unen entre si compartiendo 0értices o

caras. Estas estructuras no presentan un empa/uetamiento ele0ado

, poseen un grado alto de enlace co0alente direccional.

E1I$!E+ !"E$ C#A$E$ E E$!"*C!*"A$ CE"%MICA$'

#structuras cerámicas con un solo elemento #structuras cerámicas binarias #structuras cerámicas ternarias

b.() E$!"*C!*"A$ CE"%MICA$ C&+ *+ $& E#EME+!&'

7as estructuras cristalinas cerámicas con un solo elemento no son

muy abundantes. 7a más importante es la estructura tipo

BDiamanteC que está compuesta por el carbono, que es un



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elemento que eiste en 6arias 'ormas polimór'icas, así como en

estado amor'o. #l tratamiento de los materiales de carbono se

centrara en las estructuras y características del gra'ito, el diamante

y los 'ullerenos, y tambin sobre sus aplicaciones actuales y

potenciales.

b.1.1) Diamante, [C].

#l diamante es un polimor'o meta estable de carbono a

temperatura ambiente y a presión atmos'rica. 2u

estructura cristalina es una 6ariante de la blenda, en la cual

los átomos de carbono ocupan todas las posiciones ?tanto

las del n como las del 2, tal como se ilustra en la celdilla

unidad mostrada en la 'igura b.".".". +sí, cada átomo de

carbono esta unido con otros cuatro átomos de carbono y

estos enlaces son totalmente co6alentes y 'uertes,

compartiendo un electrón con cada uno de los 4 átomos de

carbono que lo rodean. -ada átomo de carbono esta en el

centro de un tetraedro o en uno de sus 4 6rtices, siendo

todas las posiciones de red equi6alentes. #l n;mero de

coordinación es 4 y la 'ormula de coordinación, - B4C.

#sta se denomina la estructura cristalina c;bica del

diamante, la cual tambin se encuentra en otros elementos

del &rupo IE+ de la tabla periódica ?por e5emplo, germanio

y silicio.

2igura b.(.(.(3 Celdilla unidad de la estructura c4bica del

diamante.



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7a estructura del Diamante está basada en la red c;bica

centrada en las caras ?)--. 7a celda primiti6a consiste en

dos redes )--, la primera centrada en el punto ?0,0,0, y la

segunda está centrada en el ?F,F ,F, o sea que está

desplazada F respecto la diagonal del cubo de la primera

red.

7a característica de la estructura del diamante es el enlace

tetradrico, en el cual cada átomo está enlazado con otros

cuatro átomos 6ecinos ?Incorpora la con'iguración

tetradrica de enlace de elementos del grupo IE+. 7a

estructura del Diamante está relati6amente 6acía, la

máima proporción de espacio ocupado por es'eras sólidas

es 0.(4, lo cual representa un 4!G del espacio ocupado

por las estructuras =cp o 'cc.

En la siguiente tabla aparecen elementos con estructura del

iamante.

+quí el parámetro a corresponde a la arista de la celda

c;bica.


Cristal a (Å) Cristal a (Å)C 5Carbono) (,! 6e 56ermanio) ,!$i 5$ilicio) ,4( $n 5Esta7o) !,4!


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#l diamante puede considerarse como una estructura

deri6ada de la estructura c;bica centrada en las caras,

rellenándose la mitad de los =uecos tetradricos eistentes

por átomos iguales a los del empaquetamiento. ?)igura

b.".".%.

2igura b.(.(.8.3 Estructura tipo diamante.

7as propiedades 'ísicas del diamante =acen que sea un

material muy atracti6o. #s etremadamente duro ?el

material más duro conocido, modulo elástico ele6ado,tiene muy ba5a conducti6idad elctrica y gran estabilidad a

temperaturas altas ?sobre ($00H - en atmós'eras no

oidantes. #stas características se deben a su estructura

cristalina y al 'uerte enlace co6alente. /ambin tiene una

alta conducti6idad trmica, lo cual no es usual en un

material no metálico.

7a industria de los semiconductores está dominada por una

sola estructura cristalina. 7os semiconductores elementales

?2i, &e y 2n gris comparten la estructura c;bica del

diamante. n pequeño grupo de elementos contiguos a los

del grupo IE+ 'orma compuestos semiconductores, que

suelen ser compuestos del tipo +J, con combinaciones de

átomos con una 6alencia media de K4. Por e5emplo, el

&a+s combina la 6alencia K( del galio con la 6alencia K



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del arsnico y el -d2 que combina la 6alencia K% del

cadmio con la 6alencia K! del azu're. #l &a2 y -d2 son

e5emplos de compuestos del tipo III8E y compuestos del

tipo II8EI, respecti6amente. >uc=os de dic=os compuestos

sencillos +J presentan una estructura cristalina

'uertemente relacionada con la c;bica del diamante. 2u

estructura se 6erá dentro del apartado de estructuras

cerámicas binarias.

b.1.2) Grafito.

#l gra'ito es otro polimor'o del carbono ?)orma estable a

temperatura ambiente, que tiene una estructura cristalina

?)igura b.".%." bien distinta de la del diamante y es

tambin más estable que el diamante a temperatura y

presión ambiente. 7a estructura del gra'ito está compuesta

por capas de átomos de carbono dispuestos

=eagonalmente. Dentro de las capas, cada átomo de

carbono esta unido a tres átomos coplanares por enlaces

co6alentes. #l cuarto electrón de enlace participa en

enlaces de tipo de Ean der Laals entre las capas. -omo

consecuencia de estos enlaces interplanares dbiles, la

separación interplanar es 'ácil ?


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&tras propiedades destacables del grafito son' alta

resistencia y buena estabilidad química a temperaturas

ele6adas y en atmós'eras no oidantes, alta conducti6idad

trmica, ba5o coe'iciente de dilatación trmica y alta

resistencia al c=oque trmico, alta absorción de gases y

'ácil mecanización.

#l gra'ito se utiliza en elementos cale'actores de =ornos

elctricos, como electrodo para soldadura por arco, en

crisoles metal;rgicos, en moldes para aleaciones metálicas

y cerámicas, como re'ractario y aislador a alta temperatura,

toberas de co=etes, reactores químicos, contactos

elctricos, resistencias, electrodos para baterías y

dispositi6os de puri'icación de aire.

b.1.3) Fullerenos.

#sta 'orma polimór'ica del carbono 'ue descubierta en

"1*. #iste en 'orma molecular, y consiste en una red

es'rica de !0 átomos de carbono. na molcula sencilla

se indica por -!0. -ada molcula está compuesta por

grupos de átomos de carbono que están enlazados uno

5unto a otro para 'ormar con'iguraciones geomtricas de

=eágonos ?! átomos de carbono y pentágonos ?cinco

átomos de carbono. na molcula de este tipo se muestra

en la 'igura b.".(.", y posee %0 =eágonos y "%

pentágonos, los cuales están colocados de tal manera que

no =ay dos pentágonos que compartan un mismo lado. 7a

super'icie molecular e=ibe la simetría de un balón de

';tbol, por lo que el nombre abre6iado en ingls de esta

estructura es buc@yball. #l material 'ormado por molculas

de -!0 es conocido por el nombre buc@minster'ullereno, en

=onor a O. uc@minster )uller.



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2igura b.(.9.(.3 Estructura de una molécula C:;.

7a presencia de los anillos con cinco átomos de carbono

proporciona la cur6atura positi6a de la super'icie delbuc@yball, en contraste con la estructura plana del gra'ito,

en la que todos los anillos tienen seis átomos de carbono.

#l diamante y el gra'ito se denominan sólidos reticulares

porque todos los átomos de carbono 'orman enlaces

primarios con átomos adyacentes a tra6s de todo el

sólido. Por el contrario, los átomos de carbono en elbuc@minster'ullereno se unen unos a otros para 'ormar las

molculas es'ricas. #n el estado sólido, las unidades -!0

'orman una estructura cristalina y se empaquetan 'ormando

una red c;bica centrada en las caras ?'igura b.".(.% con

una celdilla unidad de ".4" nm de lado. -ada molcula en

el buc@minster'ullereno se comporta como un átomo

indi6idual. #l material sólido puro y cristalino tiene una

densidad ba5a ?".! g9cm(, es relati6amente blando y es un

aislante elctrico Bconducti6idad elctrica menor que "08

$?m8".



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2igura b.(.9.8.3 Celdilla unidad de un


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cristalina 'cc. Por tanto, podemos considerar que el Q(-!0 es un

metal molecular, el primero que =a sido descubierto. +demás,

este material se comporta como un superconductor a "* Q.En la figura b.(.9.9 se da una comparación de di0ersas

caractersticas del grafito? diamante , fullerenos

2igura b.(.9.9.3 Comparación de di0ersascaractersticas del grafito? diamante , fullerenos.

b.8) E$!"*C!*"A$ CE"%MICA$ BI+A"IA$'

7a epresión binaria se re'iere a una estructura con dos lugares

atómicos distintos, uno para el anión y otro para el catión. Para un

compuesto dado eiste una 6ariedad de elementos que pueden

entrar en solución sólida en dic=os lugares atómicos sin que cambie

la estructura. +sí, el trmino binario identi'ica el n;mero de lugares

atómicos y no el de los elementos químicos. #n la tabla b.%." se

muestran di6ersas estructuras binarias importantes y algunas de sus

características.



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Tabla b.2.1. !stru"turas "er#mi"as binarias.

na parte importante de las estructuras cristalinas cerámicas

?#nlaces iónico8co6alentes pueden deri6arse del empaquetamiento

compacto de es'eras rígidas con simetría =eagonal compacta

?R-P o c;bica centrada en las caras ?)--. #n los =uecos

octadricos o tetradricos del empaquetamiento compacto se

situarán los cationes con distintos ni6eles de ocupación. +unque lo =abitual es la deri6ación de las estructuras a partir del

empaquetamiento compacto de aniones, tambin se pueden

desarrollar estructuras de tipo 'luorita ?-a)% mediante el

empaquetamiento compacto de cationes.#n las tablas b.%.% y b.%.( se dan algunas de las estructuras

generadas como consecuencia de la ocupación de =uecos

octadricos o tetradricos del empaquetamiento compacto de

es'eras rígidas con estructura c;bica o =eagonal.

!abla b.8.8.3 Estructuras originadas como consecuencia de laocupación octaédrica , tetraédrica de un empa/uetamiento compacto

de esferas rgidas con simetra c4bica 52CC).


nombre

!stru"tura

FormulaGeneral

Coor$ina"i%nformula

embala&e$e aniones

Fra""i%n $eCationes

'u(ares o"ua$os

!&emlos

[Sal de

[clorur

[Blend

[wurtzi

[arseni

[ Fluori

[ Rutilo ]tipos de sílice

[antiflu

[Corin

+J +J +J +J +J +J%

+J% +J% +%J +%J(

A|6| X

|6|

A|8| X

|8|

A|4| X

|4|

A|6| X

|6|

A|8| X 2

|4|

A|6| X 2

|3|

A|4| X 2

|2|

A2|4| X

|8|

A2|6| X 3

|4|

-;bica de empaquetamiento compacto

simple c;bico-;bica de empaquetamiento compactoReagonal compacta-errar8=eagonal llenosimple c;bico

Distorted apretadas/etradrica conectada-;bica de empaquetamiento compactoReagonal compacta

To$o o"ta*$ri"aTo$o "+bi"o tetra*$ri"a tetra*$ri"aTo$o o"ta*$ri"a "+bi"o

O"ta*$ri"a

To$o tetra*$ri"a2-3 o"ta*$ri"a

NaCl, Cl, 'iF, /(O, 0O, NiO CsCl, Csr, Csl

n, eO, β iC

n, nO, ∝ iC, eO, C$

NiAs, Fe, Fee, CoeCaF 2 , T4O 2 , CeO 2 , 5O 2 , rO 2 , 6fO 2 TiO 2 , GeO 2 , nO 2 , 7bO 2 , 0O 2 , NbO 2 iO 2 , GeO 2 'i 2 O, NaO, sulfi$es

Al 2 O 3, Fe2 O 3, Cr 2 O 3, 0 2 O 3, Ga2 O 3, 842 O 3


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!abla b.8.9.3 Estructuras originadas como consecuencia de laocupación octaédrica , tetraédrica de un empa/uetamiento compacto

de esferas rgidas con simetra -e>agonal 5@CP).

b.8.( Estructuras cristalinas del tipo A1.

+lgunos de los materiales cerámicos más comunes son

aquellos en los cuales el n;mero de cationes y aniones es el

mismo. #stos se re'ieren a menudo como compuestos +J,

donde + indica el catión y J el anión ?+ es un elemento

metálico y J es un elemento no metálico. 2on los cerámicos

con la 'órmula química más sencilla. #isten 6arias



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estructuras cristalinas distintas para los compuestos +J, cada

una de ellas se describe mediante el nombre de un material

com;n que tiene esta particular estructura.

b.8.(.( Estructura cristalina $al de roca A[6 ] X [6 ] .

Suizás la estructura cristalina más com;n del tipo B2al de

rocaC es la del cloruro sódico, por lo cual tambin se denomina

B-l


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7a red de


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7as estructuras iónicas ?y otras pueden ser deri6adas a partir

de la ocupación de los =uecos tetradricos y octadricos de

los empaquetamientos densos ?)igura b.%."."

Fi(ura b.2.1.2. !stru"tura "ristalina $e la blen$a o esfalerita9n) "omo $eria"i%n $e $e la o"ua"i%n $e la mita$ $e los

4ue"os tetra*$ri"os $el ema;uetamiento $enso FCC 9!CC).

#n la 'igura b.%.".( se presenta una celdilla unidad, todos los

6rtices y posiciones en las caras de la celdilla c;bica están

ocupadas por átomos 2, mientras que los átomos de n

llenan el interior en posiciones de =uecos tetradricos ?7a

mitad. 2i las posiciones de los átomos de n y 2 sonintercambiadas la estructura que resulta es equi6alente.

+ menudo el enlace atómico es en gran parte co6alente en

los compuestos que e=iben esta estructura cristalina, entre

los cuales están &a+s, +lP, In2b, -u-l, nU, n2e, -d2,

n/e, Rg/e y 2i-.

7a estructura cristalina de la blenda es similar a la del

diamante, con los cationes y aniones alternándose en las

posiciones de los átomos de carbono.

2igura b.8.(.9.3 Estructura cristalina de la blenda o esfalerita5n$).



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b.9) E$!"*C!*"A$ CE"%MICA$ !E"+A"IA$.na estructura cerámica ternaria consiste, generalmente, en

un ordenamiento de iones ?#n general de aniones,

compacto o próimo al compacto, con dos cationes dedi'erentes tamaños o cargas, que se a5ustan en las

posiciones intersticiales apropiadas.>uc=as cerámicas comerciales importantes con estructuras

ternarias tienen composiciones con más de tres elementos

donde más de un elemento de tamaño comparable ocupa un

tipo de posición estructural. +sí, cuando se eploran

estructuras ternarias, se =ará n'asis en las posiciones

estructurales más bien que en la composición química. 7as

estructuras ternarias son sumamente importantes para la

tecnología de cerámica a6anzada. >uc=as de las

composiciones de materiales usados como dielctricos

a6anzados, magnticos, re'ractarios, estructurales y ópticos

tienen estructuras ternarias. +demás, la mayor parte de la

corteza de la tierra está compuesta de materiales cerámicos

con estructuras ternarias.

+lgunas estructuras ternarias se dan en la tabla b.4 2e

estudiarán sólo algunas de las estructuras ternarias. #stas

incluyen compuestos de la 'orma +%J4 cuya estructuras

pueden ser de los tipos BespinelaC, B'enacitaC y Boli6inoC,

compuestos de la 'orma +J4 con estructuras del tipo

BcircónC, las deri6adas del 2iU% ordenado y las ternarias



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deri6adas de las estructuras binarias del BrutiloC y de la

B'luoritaC, compuestos de la 'orma +J( con la estructura

del tipo Bpero6s@itasC y, 'inalmente, otras estructuras

ternarias.

#l ob5eti6o es seleccionar e5emplos que ilustren los 'actores

que controlan las disposiciones de los átomos e in'luyen en

las propiedades de composiciones especí'icas.

!abla b.9.3 "esumen de algunas estructuras ternarias.

b.9 Estructuras ternarias de los compuestos de la forma

A8B1.

b.9.( Estructuras del tipo Espinela

A2[6 ]B

[4 ] X 4

[4 ]oB

[ 4 ] A

[6 ]B

[6 ] X 4

[4 ].

7a 'órmula +%J4 incluye una importante 'amilia de

cerámicos con aplicaciones magnticas. 7as estructuras

tipo B#spinelaC se construyen sobre una red de ra6aisc;bica centrada en las caras con "4 iones ?dos +%K,

cuatro (K y oc=o J%8 asociados a cada punto de red.

na celda unitaria contiene (% aniones J%8 ?por e5emplo,

de oígeno localizados en los sitios de red de la

estructura c;bica centrada en las caras, "! cationes en

=uecos octadricos y * en tetradricos, es decir un total

de ! iones. #n la estructura BespinelaC normal, el catión



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+%K ocupa un octa6o de los =uecos tetradricos y el (K

la mitad de los =uecos octadricos.7a estructura tipo B#spinelaC se muestra en la 'igura

b.(.", la cual puede 6erse como una combinación de las

estructuras del g%K están ocupando posiciones tetradricas, es

decir están en coordinación con cuatro oígenos ?U %8 y

los iones +l(K están situados en posiciones octadricas,

es decir en coordinación con seis oígenos ?U%8.

2igura b.9.(.3 Estructura tipo Espinela normal.Posición relati0a de los átomos en la estructura.

b.9.8 Estructuras del tipo pero0s=ita 9CaTiO 3 ).

#5emplo3 a/iU(, en la cual los iones de bario y

oigeno 'orman una celda unidad c;bica centrada

en las caras con los iones bario en los 6rtices de

la celda unidad, y los iones oido en el centro de

las caras, el ión titanio se situará en el centro de

la celda unidad coordinado a seis iones oígeno.



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c) CÁLCULOS E LA ENSIA E LAS CERÁMICAS"

#s posible calcular la densidad teórica de un material cerámico cristalino

a partir de los datos de la celdilla unidad de una 'orma similar a la

descrita para los metales. #n este caso la densidad V puededeterminarse utilizando una 'orma modi'icada de la ecuación deducida

para los metales de la 'orma siguiente3

∑ Ac+∑ A A¿n ¿

ρ=¿

onde'

n' = Número de unidades de formula en la celdilla unidad

Σ AC = Suma de los pesos atómicos de todos los cationes en la unidad de

fórmula

Σ AA = Suma de los pesos atómicos de todos los aniones en la unidad de fórmula

VC = Volumen de la celdilla unidad

NA = Número de Avogadro, 6.0! " #0 ! unidades de fórmula$ mol

nidades de 'órmula3 son todos los iones que están incluidos en la

'ormula química unidad. Por e5emplo, en el caso del a/iU(, una unidad

de 'ormula consiste en un ión de bario, un ión de titanio y tres iones de

oígeno.

d) E$!"*C!*"A +& C"I$!A#I+A$.>uc=os sólidos no cristalinos como los 6idrios, los geles y capas

depositadas mediante 6apor tienen muc=os usos y son muy importantes

para una amplia gama de disciplinas de la ingeniería.

d.( Vidrios.

a5o la amplia denominación genrica de 6idrios o de cuerpos

6ítreos queda comprendida una gran 6ariedad de sustancias que,

aunque a temperatura ambiente tienen la apariencia de cuerpos



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sólidos, que les proporciona su rigidez mecánica, no pueden

considerarse como tales, ya que carecen de la estructura cristalina

que caracteriza y de'ine al estado sólido.

2i por la estabilidad de su 'orma los 6idrios podrían asimilarse a

sólidos, desde el punto de 6ista de su desorden estructural sus

seme5anzas con los líquidos son muc=o más acusadas. #ste

=ec=o, que constituye una limitación para incluir a los 6idrios entre

los sólidos, resulta sin embargo insu'iciente para autorizar a

aceptarlos como líquidos, si bien puede 5usti'icar la designación de

líquidos de 6iscosidad in'inita que en muc=as ocasiones se les =a

aplicado.

7a di'icultad para encuadrar adecuadamente a los cuerpos 6ítreos

dentro de uno de los tres estados de agregación de la materia dio

lugar a que se pensara independizar a los 6idrios integrándolos en

un cuarto estado de agregación3 el estado 6ítreo. #sta sugerencia

nunca llegó sin embargo a encontrar una aceptación generalizada

2i se parte de un concepto de cuerpo sólido que prescinda de la

cristalinidad y se base eclusi6amente en determinadas

propiedades 'ísicas, con límites pre6iamente establecidos para

cada estado, podría aplicarse a los 6idrios el nombre de sólidos

amor'os, con tal de que esta denominación se reser6ara para ba5as

temperaturas. 7a mayor ob5eción contra ella surgiría si se intentara

aplicarla tambin a las temperaturas en que aqullos se 6uel6en

plásticos.

Por otra parte, se =a comprobado que los 6idrios presentan mayor

grado de ordenación estructural ?orden de corto alcance que loscuerpos amor'os. #sta ordenación se limita a un pequeño entorno

alrededor de cada uno de los iones que 'orman el retículo

?ordenamiento de corto alcance, a di'erencia de la periodicidad de

largo alcance que guarda la estructura de los sólidos cristalinos.

Por eso, para establecer esta di'erencia, se emplea tambin para

los 6idrios, con mayor adecuación que el anterior, el nombre de

sólidos no cristalinos.



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E$!"*C!*"A'

7a mayoría de los 6idrios de uso comercial están basados en el

óido de silicio, ?2iU%, como 'ormador de 6idrio, donde lasubunidad 'undamental es el tetraedro 2iU4, en donde

un átomo de silicio se encuentra co6alentemente enlazado a cuatro

átomos de oigeno. Pueden tener algunos iones modi'icadores

adicionales que son óidos como el -aU,


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2igura 8. "epresentación gráfica de las diferencias estructurales entre un cristal 5a), un 0idrio 5b)

e) P"&PIEAE$ E #&$ MA!E"IA#E$ CE"%MIC&$.

P"&PIEAE$ MEC%+ICA$2on duros y 'rágiles a temperatura ambiente debido a su enlace

iónico9co6alente ?al aplicarles una fuerza los iones de igual carga

quedan enfrentados provocando la rotura del enlace), este =ec=o

supone una gran limitación en su n;mero de aplicaciones. #sta 'ragilidad

se intensi'ica por la presencia de imper'ecciones.



28/58


29/58


f) AP#ICACI&+E$ E #&$ MA!E"IA#E$ CE"%MIC&$

• )abricación de productos de al'arería, debido a su dureza y resistencia

al calor.

• 7osetas trmicas ?trasbordadores espaciales, por su ba5a conducti6idad

trmica.

• )abricación de materiales de construcción (ladrillos, cemento, azulejos,

baldosas, etc.), por su dureza y ba5a conducti6idad trmica y elctrica.

• +islantes en aparatos electrónicos.

• >ateriales re'ractarios, por su punto de 'usión tan ele6ado.

• 2ir6en para pulir o a'ilar otros materiales de menor dureza debido a su

gran dureza. #5emplos3 al;mina 'undida y carburo de silicio.

• Eidrio.



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II. E$!"*C!*"A$ PIMF"ICA$

A. Concepto , clasificación de los polmeros.

n polímero ?del griego poly, muc=os: meros, parte, segmento es una

sustancia cuyas molculas son, por lo menos aproimadamente,

m;ltiplos de unidades de peso molecular ba5o. 7a unidad de ba5o peso

molecular es el monómero. 2i el polímero es rigurosamente uni'orme en

peso molecular y estructura molecular, su grado de polimerización esindicado por un numeral griego, seg;n el n;mero de unidades de

monómero que contiene: así, =ablamos de dímeros, trímeros, tetrámero,

pentámero y sucesi6os. #l trmino polímero designa una combinación de

un n;mero no especi'icado de unidades. De este modo, el trióimetileno,

es el trímero del 'ormalde=ído, por e5emplo.

2i el n;mero de unidades es muy grande, se usa tambin la epresión

gran polímero. n polímero no tiene la necesidad de constar de

molculas indi6iduales todas del mismo peso molecular, y no es

necesario que tengan toda la misma composición química y la misma

estructura molecular. Ray polímeros naturales como

ciertas proteínas globulares y policarbo=idratos, cuyas molculas

indi6iduales tienen todos los mismos pesos moleculares y la misma

estructura molecular: pero la gran mayoría de los polímeros sintticos y

naturales importantes son mezclas de componentes polimricos

=omólogos. 7a pequeña 6ariabilidad en la composición química y en la

estructura molecular es el resultado de la presencia de grupos 'inales,

ramas ocasionales, 6ariaciones en la orientación de unidades

monómeros y la irregularidad en el orden en el que se suceden los

di'erentes tipos de esas unidades en los copolímeros. #stas 6ariedades

en general no suelen a'ectar a las propiedades del producto 'inal, sin


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embargo, se =a descubierto que en ciertos casos =ubo 6ariaciones en

copolímeros y ciertos polímeros cristalinos.

7o que distingue a los polímeros de los materiales constituidos por

molculas de tamaño normal son sus propiedades mecánicas. #n

general, los polímeros tienen una muy buena

resistencia mecánica debido a que las grandes cadenas polimricas se

atraen. 7as 'uerzas de atracción intermoleculares dependen de la

composición química del polímero y pueden ser de 6arias clases. 7as

más comunes, denominadas )uerzas de Ean der Laals.

B. !ipos e Polmeros Más Comunes

b.( PGME"&$ !E"M&P#%$!IC&$'

7os termoplásticos son polímeros de cadenas largas que cuando se

calientan se reblandecen y pueden moldearse a presión.

Oepresentan el $*8*0G de consumo total. 7os principales son3

b.(.( Polietileno.3 Wste es el termoplástico más usado en nuestra sociedad.

7os productos =ec=os de polietileno 6an desde materiales

de construcción y aislantes elctricos =asta material de empaque. #s

barato y puede moldearse a casi cualquier 'orma, etruírse para =acer

'ibras o soplarse para 'ormar películas delgadas. 2eg;n

la tecnología que se emplee se pueden obtener dos tipos de polietileno

b.(.(.( Polietileno de BaHa ensidad. Dependiendo del catalizador, este

polímero se 'abrica de dos maneras3 a alta presión o a ba5a presión.

#n el primer caso se emplean los llamados iniciadores de radicales


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libres como catalizadores de polimerización del etileno. #l producto

obtenido es el polietileno de ba5a densidad rami'icado:

-uando se polimeriza el etileno a ba5a presión se emplean

catalizadores tipo iegler


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dependiendo de la posición del grupo metilo pueden tomar

cualquiera de las tres estructuras siguientes3

". Isotáctico? cuando los grupos metilo unidos a la cadena están en

un mismo lado del plano.

%. $indiotáctico, cuando los metilos están distribuidos en 'orma

alternada en la cadena.

(. Atáctico, cuando los metilos se distribuyen al azar.

Posee una alta cristalinidad, por lo que sus cadenas quedan bien

empacadas y producen resinas de alta calidad.

#l polipropileno se utiliza para elaborar bolsas de 'reezer

y microondas ya que tienen una buena resistencia trmica y

elctrica además de ba5a absorción de =umedad. Utras

propiedades importantes son su dureza, resistencia a la abrasión

e impacto, transparencia, y que no es tóico. +simismo se usa

para 'abricar carcazas, 5uguetes, 6ali5as, 5eringas, baterías,

tapicería, ropa interior y ropa deporti6a, al'ombras, cables,

selladores, partes automotrices y suelas de zapatos.

b.(.9 Cloruro de poli0inilo 5PVC)

#ste polímero se obtiene polimerizando el cloruro de 6inilo.

#isten dos tipos de cloruro de poli6inilo, el 'leible y el rígido.

+mbos tienen alta resistencia a la abrasión y a los productos

químicos. Pueden estirarse =asta 4 6eces y se suele

copolimerizar con otros monómeros para modi'icar y me5orar la

calidad de la resina. 7as resinas de PE- casi nunca se usan

solas, sino que se mezclan con di'erentes aditi6os.


http://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTROhttp://www.monografias.com/trabajos11/conge/conge.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/comsat/comsat.shtml#DISPOSIThttp://www.monografias.com/trabajos32/juegos-tradicionales/juegos-tradicionales.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/todorov/todorov.shtml#INTROhttp://www.monografias.com/trabajos11/conge/conge.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos12/comsat/comsat.shtml#DISPOSIThttp://www.monografias.com/trabajos32/juegos-tradicionales/juegos-tradicionales.shtml


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#l PE- 'leible se destina para =acer manteles, cortinas para

baño, muebles, alambres y cables elctricos: #l PE- rígido se

usa en la 'abricación de tuberías para riego, 5untas, tec=ado y

botellas.

b.(. Poliestireno 5P$)

#l poliestireno ?ps es el tercer termoplástico de mayor uso

debido a sus propiedades y a la 'acilidad de su 'abricación.

Posee ba5a densidad, estabilidad trmica y ba5o costo. #l =ec=o

de ser rígido y quebradizo lo des'a6orecen. #stas des6enta5as

pueden remediarse copolimerizándolo con el acrilonitrilo ?más

resistencia a la tensión.

#s una resina clara y transparente con un amplio rango de

puntos de 'usión. )luye 'ácilmente, lo que 'a6orece su uso en el

moldeo por inyección: Posee buenas propiedades elctricas,

absorbe poco agua ?buen aislante elctrico, resistemoderadamente a los químicos, pero es atacado por

los =idrocarburos aromáticos y los clorados. 2e comercializa en

tres di'erentes 'ormas y calidades3

De uso com;n, encuentra sus principales aplicaciones en

los mercados de inyección y moldeo.

Poliestireno de impacto ?alto, medio y ba5o que sustituye al deuso general cuando se desea mayor resistencia. tilizada para

'abricar electrodomsticos, 5uguetes y muebles.

#pandible se emplea en la 'abricación de espuma de

poliestireno que se utiliza en la producción de accesorios para la

industria de empaques y aislamientos.


http://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml#costohttp://www.monografias.com/trabajos54/modelo-acuerdo-fusion/modelo-acuerdo-fusion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/petro/petro.shtml#hidrohttp://www.monografias.com/trabajos10/petro/petro.shtml#hidrohttp://www.monografias.com/trabajos13/mercado/mercado.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/coad/coad.shtml#costohttp://www.monografias.com/trabajos54/modelo-acuerdo-fusion/modelo-acuerdo-fusion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/problemadelagua/problemadelagua.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/petro/petro.shtml#hidrohttp://www.monografias.com/trabajos13/mercado/mercado.shtml


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#os usos más comunes son'

Poliestireno de medio impacto' Easos, cubiertos y platosdescartables, empaques, 5uguetes.

Poliestireno de alto impacto' #lectrodomsticos ?radios, /E,

licuadoras, tel'onos la6adoras, tacos para zapatos, 5uguetes.

Poliestireno cristal' piezas para cassettes, en6ases

desec=ables, 5uguetes, electrodomsticos, di'usores de luz,

pla'ones.

Poliestireno E>pandible' en6ases trmicos, construcción

?aislamientos, tableros de cancelería, pla'ones, casetones, etc..

b.(. Estireno3acrilonitrilo 5$A+)

#ste copolímero tiene me5or resistencia química y trmica, así

como mayor rigidez que el poliestireno. 2in embargo no es

transparente por lo que se usa en artículos que no requieren

claridad óptica. +lgunas de sus aplicaciones son la 'abricación

de artículos para el =ogar.

b.(.: Copolmero acrilonitrilo3butadieno3estireno 5AB$)

#stos polímeros son plásticos duros con alta resistencia

mecánica, de los pocos termoplásticos que combinan la

resistencia con la dureza. 2e pueden usan en aleaciones con

otros plásticos. +sí por e5emplo, el +2 con el PE- nos da

un plástico de alta resistencia a la 'lama que le permite

encontrar amplio uso en la construcción de tele6isores. 2us


http://www.monografias.com/trabajos5/natlu/natlu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/natlu/natlu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/opticatp/opticatp.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/biocorrosion/biocorrosion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/plasti/plasti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/natlu/natlu.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/opticatp/opticatp.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/biocorrosion/biocorrosion.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/plasti/plasti.shtml


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cualidades son una ba5a temperatura de ablandamiento, ba5a

resistencia ambiental y ba5a resistencia a los agentes químicos.

C. C"I$!A#IACIJ+ E PGME"&$

7a 6elocidad de cristalización de los polímeros depende de 'actores

cintico que a'ectan la capacidad de los segmentos de cadena, para

acomodarse en sus posiciones dentro de la red cristalina. #sos 'actores

son3

(. 2le>ibilidad de las moléculas.

Para que un polímero cristalice, sus molculas deben tener su'iciente

elasticidad, es decir, la mo6ilidad necesaria para colocarse en

posiciones precisas durante el proceso de cristalización. no de los

polímeros con cadenas más 'leibles es el polietileno, cuyos

segmentos giran 'ácilmente y eso eplica la gran tendencia a cristalizar.

Para apreciar esto, usaremos una proyección en la que imaginamos

6er un segmento de dos carbonos, a lo largo del e5e mayor de la

cadena. -uando los átomos de carbono giran, llegan a quedar

eclipsados y en esa posición, la repulsión entre ellos es máima.

-uanto mayor es el tamaño de los átomos o grupos químicos y mayor

es su polaridad, más 'uerte es la repulsión, más se di'iculta el giro y

menos 'leible es la molcula. #n el polietileno todos los sustituyentesson átomos de =idrógenos y aunque desde luego se repelen, su

tamaño es pequeño y las molculas de polietileno son bastante

'leibles, lo cual le permite cristalizar con 'acilidad, especialmente

cuando no tienen rami'icaciones, como en el caso del polietileno d alta

densidad. #n cambio, en el policloruro de 6inilo, uno de los

sustituyentes es cloro, átomo de gran tamaño y alta polaridad. 7a

resistencia al giro de los segmentos es muy grande, y el PE- es un


http://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/cinemat/cinemat2.shtml#TEORICOhttp://www.monografias.com/trabajos/atomo/atomo.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/cinemat/cinemat2.shtml#TEORICOhttp://www.monografias.com/trabajos/atomo/atomo.shtml


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polímero rígido con grado de cristalinidad que rara 6ez sobrepasa el

%0G.

Estructuras /umicas /ue influ,en sobre las cadenas

poliméricas.

Enlaces dobles. 7os enlaces unidos por la doble ligadura no pueden girar,

pero en cambio los segmentos de cadena que le siguen gozan de gran

mo6ilidad, precisamente porque los carbonos del doble enlace tienen un

sustituyente menos, que si se trata de enlaces sencillos.

6rupos aromáticos. 7os anillo bencnicos producen rigidez en las molculas

y a 6eces e6itan la cristalización y en otros casos la reducen. #l polietileno

atáctico, por e5emplo es completamente amor'o. #sto no necesariamente es un

de'ecto. -uando se desea transparencia en un polímero, se selecciona uno

amor'o, y el poliestireno tiene precisamente esta cualidad. 7as cualidades de

alta polaridad y alta cristalinidad son esenciales para que un polímero 'orme

buenas 'ibras. 2ólo así tendrá la resistencia tnsil que se requiere.

6rupos al/uilos. 7os grupos metílicos del propileno, estorban muc=o para el

giro de los segmentos y obligan a la molcula a tomar una 'orma =elicoidal, en

la que se minimizan las interacciones de estos grupos metilos con otros átomos

de la molcula de polipropileno. 7a consecuencia es una densidad muy ba5a

?0,1" por el espacio libre que queda dentro de la =lice.



38/58


2i los grupos alquílicos son de mayor tamaño, las molculas adyacentes

se separan, de5ando entre ellas mayor 6olumen libre y los polímeros se

6uel6en más 'leibles, con menor temperatura de 'usión y ba5as

densidades.

Pero cuando esas cadenas laterales alcanzan longitudes considerables,

con "0 a "% átomos de carbono, y no tienen rami'icaciones, 6uel6e a ser

posible la cristalización por el ordenamiento de esas cadenas, ya sea

dentro de la propia molcula o entre molculas adyacentes.

8. Condiciones de la recristaliKación.

#l e'ecto de la temperatura sobre la cristalización de los polímeros es

con'licti6o. Por una parte, se requieren temperaturas altas para impartir a

las molculas polimricas su'iciente energía cintica ?mo6ilidad y que

puedan acomodarse en la red cristalina. Pero sólo a ba5as temperaturas

6an a permanecer en 'orma estable en los cristales.

#l balance entre esas dos condiciones produce una 6elocidad máima

de cristalización a una temperatura intermedia.

. E$!"*C!*"A E #&$ PGME"&$.

7os polímeros pueden tener tres tipos de estructuras3

(. Estructuras #ineales.3 7as molculas 'orman cadenas lineales. 2e

'orman cuando las molculas ?monómeros son ;nicamente bi'uncionales. 7a

polimerización puede ser por adición o por condensación. #ste es el caso de

los termoplásticos.



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8. Estructura de red 5amorfas).8 7as molculas 'orman redes

tridimensionales. 2e 'orman cuando las molculas ?monómeros son

tri'uncionales o mayores 7a polimerización puede ser por adición o por

condensación. #ste es el caso de los termoestables.

9. Estructuras cristalinas.8 2e produce cuando las cadenas lineales

adquieren un ordenamiento. 7a estructura cristalina es importante porque los

polímeros lineales se 6uel6en más 'irmes y 'uertes. 7os polímeros cristalinos

tienen mayores densidades y me5ores propiedades mecánicas que los

polímeros amor'os ?cadenas en desorden.



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E. E$!"*C!*"A L P"&PIEAE$ PGME"&$ !E"M&P#%$!IC&$.

#isten 6arias 'ormas para modi'icar y controlar las propiedades de los

polímeros termoplásticos3

• 6rado de polimeriKación. + mayor grado de polimerización mayor

temperatura de 'usión y me5ores propiedades mecánicas.

• !ipos de monómeros. 7os átomos más grandes, como el -l y los

grupos de átomos, como los grupos metilo o benceno inter'ieren en el

deslizamiento de las cadenas cuando se aplica un es'uerzo,

incrementándose así la resistencia mecánica y el punto de 'usión del

polímero.

• "amificación. 2e produce debido a la adición de un agente que

remue6e algunos átomos de =idrógeno de la parte lateral de una

cadena, a 'in de que puedan producirse rami'icaciones en estos

puntos.

#sta modi'icación se lle6a a cabo en un polímero lineal.



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• *niones cruKadas. 2e produce cuando dos cadenas se enlazan

mediante alg;n elemento especial. #5emplo3 #n la 6ulcanización, las

cadenas de cauc=o isopreno se unen mediante átomos de azu're,

para obtener dureza y tenacidad que requiere el cauc=o para muc=as

aplicaciones.

• Escisión de anillos. 2e produce cuando dos molculas se unen a

una tercera cuando se rompen los anillos. #5emplo3 Dos molculas del

grupo epóido se unen cuando un anillo se rompe por combinación

con un reacti6o que promue6e el enlace.

• #ocaliKación de los grupos de átomos. >ediante un control de la

simetría o la distribución de los grupos o elementos determinados en



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los lados de la cadena se pueden 6ariar las propiedades de un

polímero.

Estructuras del polipropileno' 5a) Atctica 5grupos al aKar)? 5b) isotáctica 5al

mismo lado) , 5c) sindiotáctica 5lados opuestos%

• &tras configuraciones importantes son' la estructura trans de la

gutaperc=a, los -R( y los R están en lados opuestos del doble

enlace, dando una cadena de carbono relati6amente recta. #n el

cauc=o la estructura cis, la cadena se cur6a, lo cual conduce una

molcula =elicoidal parecida a un resorte



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Polmeros termoplásticos'

Polietileno 5PE). 2e obtiene de la polimerización del etileno. Ray dos

tipos3 Polietileno de ba5a densidad ?7DP#.

Estructura de cadenas ramificadas ?menor rigidez y resistencia

trmica Polietileno de alta densidad ?RDP#. #structura de cadena

lineal ?mayor

Presentan tenacidad, absorción de =umedad cercana a cero,

ecelente resistencia química, aislante elctrico, ba5o coe'iciente de'ricción y 'acilidad de procesamiento. +plicaciones. -ontenedores,

artículos del =ogar, botellas y películas para empaquetamientos.

Policloruro de 0inilo 5PVC). 2e obtiene de la polimerización del

Policloruro de 6inilo.

Estructura , propiedades' >aterial de estructura amor'a debido a la

presencia de los átomos de -l en la cadena principal. Oesistencia a la

llama, buena temperatura de de'leión por calor, aislante elctrico y

alta resistencia química.

Aplicaciones' /uberías y coneiones para usos =idráulicos y

sanitarios, tuberías conduit para cableado elctrico, moldeado de

interiores y decoración.



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Poliestireno 5P$). 2e obtiene de la polimerización del estireno.

Estructura , propiedades' >aterial de estructura amor'a debido

a la presencia del anillo 'enileno en la cadena principal. +islante

elctrico y quebradizo al impacto.

Aplicaciones' Oecubrimiento de interiores de automó6iles,

electrodomsticos, discos, manillares y utensilios de cocina.

Polipropileno 5PP). 2e obtiene de la polimerización del propileno.

Estructura , propiedades' >aterial de estructura amor'a debido

a la presencia de un grupo metilo en la cadena principal. Oigidez,

ecelente resistencia química y aislante elctrico.

Aplicaciones' Ubturadores, partes de automó6il, productos para

el =ogar, electrodomsticos, embala5es, utensilios de laboratorio y

6arios tipos de botellas.



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Poliacrilonitrilo' 2e obtiene de la polimerización del acrilonitrilo.

Estructura , propiedades' +lta electronegati6idad del grupo

nitrilo. #structuras etensibles, rígidas y con 'orma de 6arilla.

Oesistencia y estabilidad química.

Aplicaciones' )ibras como lana en 5erseys y mantas.

AB$' 2e obtiene de la copolimerización del acrilonitrilo, butadieno

y estireno.

Estructura , propiedades' na mezcla de un copolímero 6ítreo

?estireno8acrilonitrilo y dominios de goma ?butadieno. uena

resistencia al impacto y química.



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Aplicaciones' /uberías y =erramientas, particularmente en las

tuberías de drena5e8desagXe86entilación de los edi'icios.

Oecubrimientos de puertas e interiores de 'rigorí'icos, máquinas

de o'icina, carcasas y cubiertas de computadores.

Polimetacrilato de metilo 5PMMA ple>iglas o lucite)' 2e

obtiene de la polimerización del metacrilato de metilo.

Estructura , propiedades. -ompletamente amor'a dotada de

una alta transparencia a la luz. uena resistencia química, a laintemperie y aislamiento elctrico.

Aplicaciones. -ristales de a6iones, embarcaciones, claraboyas,

iluminación eterior y señales publicitarias.



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Politetrafluoroetileno 5P!2E !eflón)' 2e obtiene de la

polimerización del gas tetra'luoroetileno.

Estructura , propiedades. #s un polímero cristalino de alta

densidad. Oesistencia ecepcional a los productos químicos y

altas temperaturas ?=asta %!0o -.

Aplicación. /uberías resistentes a reacti6os químicos,

aislamiento de cables a altas temperaturas y recubrimientos

antiad=erentes, 5untas, anillos de estancamiento y co5inetes.

Policlorotrifluoroetileno 5C!2E)'

Estructura , propiedades. 7a presencia del cloro le =ace menos

cristalino y más moldeable. Presenta mayor rigidez y resistencia

mecánica que el P/)#.

Aplicaciones' -amisas para cables, 'ormas para bobinas,

tunerías y partes para bombas, dia'ragmas de 6ál6ulas y otros

elementos industriales para procesos corrosi6os.



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Poliamidas 5n,lon)' 2e produce mediante polimerización por

condensación.

Estructura , propiedades. 7a cadena incorpora un grupo

amida. 2on procesados por 'usión, o'recen capacidad de soporte

de carga a ele6adas temperaturas, buena tenacidad, ba5a 'ricción

y buena resistencia química.

Aplicación. -o5inetes no lubricados, engrana5es, soportes, bu5es,

sellos, piezas anti'ricción, piezas mecánicas su5etas a altas

temperaturas y cargas de impacto.

7as aramidas pertenecen a una 'amilia de nailones, incluyendo el


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#os polmeros se utilizan en un n;mero sorprendente de

aplicaciones, incluyendo 5uguetes, aparatos domsticos, elementos

estructurales y de decorati6os, recubrimiento, ad=esi6os, llantas de

automó6il y empaques.

El polietileno se usa para producir películas para empaque,

aislamiento de conductores, botellas blandas, recubrimiento de

etrusión, cortinas, manteles, cubiertas para la construcción,

estanques, in6ernaderos, bolsas de basura, tuberías y elementos

caseros.

El cloruro de poli0inilo o más conocido como el PVC se utiliza

para 'abricar tuberías, 6ál6ulas, coples, loseta de piso, aislamiento

para conductores, y tec=os de 6inil para automó6iles.

El polipropileno se utiliza para la 'abricación de tanques, aplicación

en el moldeo por inyección de piezas de electrodomsticos, utensilios

pequeños, piezas de automó6iles, 'ibras para al'ombras, cuerdas y

empaques.

El poliestireno se utiliza para la 'abricación de empaques y espumas

aislantes, paneles de iluminación, copolímeros resistentes al calor y al

impacto, piezas ópticas de plástico, 5uguetes, componentes de

aparatos y re5as para =ue6os.



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El poliacrilonitrilo 5PA+) se utiliza para la 'abricación de 'ibras

tetiles, precursor para 'ibras de carbón y recipientes de alimento.

III" ESTRUCTURAS SEMICONUCTORAS

n semiconductor es una sustancia que se comporta como conductor o como

aislante dependiendo de la temperatura del ambiente en el que se encuentre.

7os elementos químicos semiconductores de la tabla periódica se indican en la

tabla ad5unta.#l elemento semiconductor más usado es el silicio, aunque idntico

comportamiento presentan las combinaciones de elementos de los grupos II y

III con los de los grupos EI y E respecti6amente ?+s&a, PIn, +s&a+l, /e-d,

2e-d y 2-d. Posteriormente se =a comenzado a emplear tambin el azu're.

7a característica com;n a todos ellos es que son tetra6alentes, teniendo el

silicio una con'iguración electrónica sYpY.

A. $EMIC&+*C!&"E$ I+!"G+$EC&$' E$!"*C!*"A C"I$!A#I+A.

#n los semiconductores más usuales, silicio y germanio, su estructura

cristalina ?disposición atómica que se repite periódicamente en tres


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dimensiones es la que aparece re'le5ada en la )igura ".4a y se

denomina Mestructura diamantinaN.

2igura (..3 5a) Celda unitaria en la estructura diamante. 5b)Ampliación del

0értice inferior.

Para comprenderla, =ay que tener en cuenta que tanto el 2i como el &e

poseen 4 electrones de 6alencia, esto es, 4 electrones eternos. Puesbien, en la estructura diamantina, cada átomo está rodeado de 4 átomos

6ecinos y, además, cada átomo tiende a compartir uno de sus cuatro

electrones de 6alencia con cada uno de los cuatro átomos 6ecinos de los

que toma otro electrón en proceso análogo ?)igura ".4b. 7as barras de

coneión de la )igura pueden considerarse como pistas a lo largo de

cada una de las cuales se mue6en dos electrones en uno y otro sentido

entre los átomos asociados. #sta disposición de pares de electronescompartidos entre átomos 6ecinos es lo que se denomina Menlace

co6alenteN.

7a )igura ". es una representación en dos dimensiones de la

estructura diamantina para un semiconductor puro ?sin de'ectos ni

elementos etraños a una temperatura muy ba5a, esto es, cuando todos

los electrones de 6alencia permanecen ligados en los enlaces

co6alentes no disponindose, por lo tanto, de cargas libres que puedan



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mo6erse por el cristal ba5o la presencia de un campo elctrico eterno

aplicado. #n este caso, el material se comporta como un aislante.

2igura (..3 "epresentación bidimensional de un cristal de silicio a baHastemperaturas.

2in embargo, a temperaturas superiores, la 6ibración trmica de los

átomos de la red cristalina da lugar a sacudidas en las que se rompenalgunos enlaces co6alentes disponindose, en tal caso, de cargas libres

que pueden mo6erse por todo el cristal. #sta situación queda re'le5ada

en la )igura ".!. 7a energía necesaria para romper un enlace co6alente

=a de ser igual o mayor que #& ?el signi'icado 'ísico de este parámetro

energtico lo 6eremos posteriormente en el modelo de las bandas de

energía. #& es, en esencia, una energía de ionización, pero muc=o

menor que las energías de ionización de los átomos aislados ya quemuc=os átomos del cristal in'luyen sobre el mo6imiento de cada electrón

ligado. +lgunos datos3 #& ?2i Z ","% eE y #& ?&e Z 0,$ eE a /a T (00

Q. 7a peculiaridad más destacable de la 6acante de5ada en el enlace

co6alente es que se comporta como si 'uera una nue6a partícula libre de

carga positi6a Kq ?q T",!⋅"08"1 - y de masa comparable a la del

electrón. #sta partícula aparente recibe el nombre de M=uecoN.



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2igura (.:.3. Cristal de silicio con un enlace co0alente roto.

#l mecanismo por el cual los =uecos contribuyen a la conducción de

corriente elctrica puede eplicarse cualitati6amente como sigue3 cuandoun enlace está incompleto, de 'orma que =ay un =ueco, es relati6amente

'ácil que un electrón ligado de un átomo 6ecino abandone el enlace

co6alente para llenar el =ueco. n electrón que de5a su enlace para

llenar un =ueco de5a, a su 6ez, otro =ueco en su posición inicial. Por

tanto, el =ueco se mue6e e'ecti6amente en dirección contraria al electrón

ligado. #s decir, el mo6imiento del =ueco puede considerarse como la

trans'erencia de la ionización de un átomo a otro e'ectuada por elmo6imiento de los electrones ligados entre sus enlaces co6alentes. #l

electrón liberado inicialmente por la 6ibración trmica no inter6iene en

este proceso y puede desplazarse de manera totalmente independiente.

2e =a con6ertido en un Melectrón de conducciónN. Por lo tanto, en un

semiconductor intrínseco ?entendiendo como tal un semiconductor en el

que los átomos etraños se encuentran en una proporción no mayor de

un átomo por cada "01 átomos del propio semiconductor los electronesde conducción y los =uecos se encuentran siempre en igual n;mero, ya

que al romper un enlace co6alente se crean simultáneamente un

electrón de conducción y un =ueco que pueden mo6erse con

independencia uno del otro.

B. $EMIC&+*C!&"E$ E1!"G+$EC&$. IMP*"EA$&+A&"A$ L ACEP!A&"A$.



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Puesto que los semiconductores intrínsecos presentan el mismo

n;mero de electrones de conducción que de =uecos, no son lo

su'icientemente 'leibles para la mayor parte de las aplicaciones

prácticas de los semiconductores. Para aumentar el n;mero de

portadores, el procedimiento más com;n consiste en introducir, de

manera controlada, una cierta cantidad de átomos de impureza

obtenindose lo que se denomina semiconductor etrínseco o dopado.

#n ellos, la conducción de corriente elctrica tiene lugar,

pre'erentemente, por uno de los dos tipos de portadores.

b.( $emiconductor de tipo n. ImpureKas donadoras. #n la )igura ".*

aparece re'le5ada la estructura de un cristal de 2i que resulta cuando se

=a sustituido uno de sus átomos por otro que posee cinco electrones de

6alencia. Dic=o átomo enca5ará sin mayores di'icultades en la red

cristalina del 2i. -uatro de sus cinco electrones de 6alencia completarán

la estructura de enlaces, quedando el quinto electrón dbilmente ligado

al átomo. + temperatura ambiente e incluso in'eriores, este electrón se

libera con 'acilidad y puede entonces mo6erse por la red cristalina, por lo

que constituye un portador. #s importante señalar que, cuando se libera

este electrón, en la estructura de enlaces no queda ninguna 6acante en

la que pueda caer otro electrón ligado. + estos elementos que tienen la

propiedad de ceder electrones libres sin crear =uecos al mismo tiempo

se les denomina donantes o impurezas donadoras y se dice que =acen

al semiconductor de tipo n porque a dic=a temperatura tenemos muc=os

más electrones ?portadores negati6os que =uecos. Indudablemente,

siempre tendremos algunos =uecos debido a los enlaces co6alentes

rotos a dic=a temperatura. #s decir, en un semiconductor tipo n, los

electrones de conducción son los portadores mayoritarios ?aunque no

eclusi6os.

2igura (.N.3. "ed de cristal con un átomo de silicio desplaKado por un

átomo impurificador penta0alente



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b.8 $emiconductor de tipo p. ImpureKas aceptadoras. n

razonamiento similar se puede =acer cuando sustituimos un átomo de 2i

por otro que tenga tres electrones de 6alencia ?6er )igura ".1. Dic=o

átomo no completa la estructura de enlaces3 de a=í que a temperatura

ambiente e incluso in'eriores un electrón ligado de un átomo 6ecino pase

'ácilmente a ocupar dic=a 6acante completando, de esta 'orma, la

estructura de enlaces y creando al mismo tiempo un =ueco. + estos

elementos que tienen predisposición para aceptar electrones ligados se

les conoce con el nombre de aceptadores o impurezas aceptadoras y se

dice que =acen al material de tipo p ya que ste conduce

'undamentalmente, aunque no de 'orma eclusi6a, mediante los =uecos

cargados positi6amente. Por lo tanto, en un semiconductor de tipo p, los

=uecos son los portadores mayoritarios y los electrones los minoritarios,

es decir, siempre eisten unos pocos electrones que proceden de larotura estadística de enlaces co6alentes a dic=a temperatura.

2igura (.O.3 "ed de cristal con un átomo de silicio desplaKado por un

átomo impurificador tri0alente.

#ntre los donantes más corrientes para el 2i se encuentran el 'ós'oro, el

arsnico o el antimonio, siendo el 'ós'oro el más com;n ?6er )igura

"."0. #ntre los aceptadores =abituales para el 2i se encuentran el boro,

el galio, el indio o el aluminio, siendo el boro el más com;n ?)igura "."0.



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)inalmente, es de señalar, que cuando el átomo donador ?o aceptador

cede ?o admite electrones queda cargado positi6amente ?o

negati6amente. 2in embargo, el ión correspondiente tiene su estructura

de enlaces completa. #s una carga 'i5a que no puede contribuir a la

conducción de corriente elctrica.

C. P"&PIEAE$ E #&$ MA!E"IA#E$ $EMIC&+*C!&"E$'

>aterial sólido o líquido capaz de conducir la electricidad me5or que

un aislante, pero peor que un metal. 7a conducti6idad elctrica, que

es la capacidad de conducir la corriente elctrica cuando se aplica

una di'erencia de potencial, es una de las propiedades 'ísicas más

importantes. -iertos metales, como el cobre, la plata y el aluminio

son ecelentes conductores. Por otro lado, ciertos aislantes como el

diamante o el 6idrio son muy malos conductores. + temperaturas

muy ba5as, los semiconductores puros se comportan como aislantes.

2ometidos a altas temperaturas, mezclados con impurezas o en

presencia de luz, la conducti6idad de los semiconductores puede

aumentar de 'orma espectacular y llegar a alcanzar ni6eles cercanos

a los de los metales. 7as propiedades de los semiconductores se

estudian en la 'ísica del estado sólido.



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I#" CONCLUSIONES

&racias al traba5o realizado pudimos concluir que3 #l traba5o realizado nos ayuda a comprender la clasi'icación de

los materiales lo cual nos será ;til alg;n día en el sitio donde

lleguemos a laborar ya que identi'icaremos con mayor 'acilidad y

entenderemos que son los materiales, como es su estructura,

como se clasi'ican y cuáles son sus características.

Cerámicos. /ienen ba5a conducti6idad elctrica y trmica y son

usados a menudo como aislantes. 2on 'uertes y duros, aunque

'rágiles y quebradizos.


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$emiconductores. 2u conducti6idad elctrica puede controlarse

para su uso en dispositi6os electrónicos. 2on muy 'rágiles.

#" $I$LIO%RA&!A

=ttp399=tml.rincondel6ago.com9semiconductores.=tml =ttp399[[[.escet.ur5c.es9\i=ierro9estructuradelamateria9/emaG%01.pd' =ttp399[[[.asi'unciona.com9'isica9@e]semiconductor9@e]semiconductor]

$.=tm =ttp399[[[.escet.ur5c.es9\i=ierro9estructuradelamateria9/emaG%01.pd'

=ttp399[[[.pro'esormolina.com.ar9tutoriales9mater]semic.=tm =ttp399es.slides=are.net9'ernando]lopez9semiconductores81!*40!! =ttp399[[[.monogra'ias.com9traba5os*"9introduccion8materiales8

ceramicos9introduccion8materiales8ceramicos%.s=tml =ttp399[[[.up6.es9materiales9)cm9)cm"49'cm"4]%.=tml =ttp399[[[!.unio6i.es9usr9'blanco9>ateriales.-#O+>I-U2.#structura.-O

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Estructuras Cerámicas, Poliméricas y Semiconductoras