Ciencia e Ingeniería de los Materiales - Repaso de Conceptos

Flashcards sobre ciencia de materiales que cubren clasificación, estructuras cristalinas, solidificación, aleaciones y leyes de difusión.

¿Cuáles son las características principales de los materiales metálicos en cuanto a su estructura y propiedades?

Presentan una estructura cristalina con átomos ordenados y una nube de electrones deslocalizados. Poseen alta resistencia mecánica (incluso a altas temperaturas), ductilidad y son buenos conductores eléctricos y térmicos.

¿Qué propiedades definen a los materiales cerámicos?

Pueden tener estructura cristalina, amorfa o mezcla de ambas. Son aislantes eléctricos y térmicos, tienen elevada resistencia a temperaturas altas y ambientes corrosivos, gran dureza, pero son frágiles con nula deformación antes de la fractura.

¿Cómo se estructuran los polímeros y cuáles son sus propiedades físicas?

Consisten en largas cadenas moleculares basadas en compuestos de carbono. Tienen estructura mayoritariamente amorfa, son aislantes, dúctiles y poseen una flexibilidad extraordinaria.

¿Qué define a los materiales compuestos y a los semiconductores?

Los compuestos son dos o más materiales integrados para formar uno nuevo (fibrosos o particulados). Los semiconductores tienen propiedades intermedias entre conductores y aislantes, como el silicio puro.

¿Qué capacidad especial tienen los materiales inteligentes?

Tienen la capacidad de detectar estímulos ambientales externos y modificar sus propiedades como respuesta.

¿Qué representan el número atómico ($Z$) y el número de masa ($A$)?

El número atómico ($Z$) indica el número de protones en el núcleo, mientras que el número de masa ($A$) es la suma de protones y neutrones.

¿Cuál es el valor del número de Avogadro y su relación con el mol?

$1\text{ mol} = 6.022 \times 10^{23}\text{ átomos}$.

¿Qué caracteriza al enlace metálico en la red cristalina?

Es un enlace no direccional con átomos ordenados muy juntos, donde no existen restricciones de pares electrónicos ni de neutralidad.

¿Cuál es la función de los enlaces de Van der Waals tipificados como dipolo variable?

Son responsables de la condensación y solidificación de los gases inertes.

¿Qué es la celda unitaria?

Es el agrupamiento básico de átomos que se repite para formar la red espacial.

¿Cuál es la fórmula para calcular el Factor de Empaquetamiento Atómico ($APF$ / $FEA$)?

$$APF = \frac{N_{atomos} \times V_{atomos}}{V_{celda}}$$

¿Cómo se comporta un sólido amorfo al ser calentado?

No tiene un punto de fusión definido; presenta un intervalo de temperatura donde se ablanda progresivamente aumentando su tendencia a deformarse.

¿Cuál es la diferencia entre la nucleación homogénea y la heterogénea en la solidificación de metales?

En la homogénea, el mismo material proporciona los átomos para crear núcleos (requiere mayor subenfriamiento). En la heterogénea, la nucleación ocurre sobre elementos diferentes al caldo fundido (requiere menor tamaño crítico y menor subenfriamiento).

¿Qué relación existe entre la cantidad de núcleos y el tamaño de grano en un metal?

Muchos núcleos producen un grano fino, mientras que pocos núcleos resultan en un grano grueso.

¿Cuáles son las cuatro reglas de Hume-Rothery para soluciones sólidas sustitucionales?

1. El $\text{Ø}$ de los átomos no debe diferir más de 15\text{%}. 2. Las estructuras cristalinas deben ser las mismas. 3. No debe haber diferencias apreciables de electronegatividad. 4. Los elementos deben tener la misma valencia.

¿Qué caracteriza a una solución sólida intersticial?

Los átomos de soluto son mucho menores que los del disolvente y se sitúan en los espacios (intersticios) entre ellos, manteniendo la estructura cristalina original pero con distorsión.

¿Qué tipos de imperfecciones lineales o dislocaciones existen?

Existen dislocaciones de arista o borde, y helicoidales o de tornillo.

¿Cuál es la composición y temperatura eutéctica para la aleación Sn y Pb mencionada?

Composición: 61.9\text{% Sn} y 38.9\text{% Pb}. Temperatura eutéctica: $183\text{ º C}$.

¿Cómo influye la temperatura en la difusión de los átomos?

Un aumento de temperatura implica una mayor energía de activación térmica y, por tanto, una mayor difusión (transporte del átomo y/o vacante).

¿Qué establece la Primera Ley de Fick y cuál es su fórmula?

Establece el flujo de átomos ($J$) en función de la difusividad ($D$) y el gradiente de concentración. La fórmula es: $J = -D \frac{\triangle c}{\triangle x}$.

¿Cuál es la fórmula para calcular el coeficiente de difusión ($D$) en función de la temperatura?

$D = D_{0}e^{(-Q/RT)}$, donde $Q$ es la energía de activación y $R$ es la constante de gas ideal ($1.987\text{ cal/mol}·\text{º C}$).