ESTUDIO DE LAS PRINCIPALES REDES CRISTALINAS
Es un patrón tridimensional repetitivo de átomos o grupos de átomos en un cristal. En una sustancia compuesta por una estructura de red cristalina, los átomos y las moléculas se reemplazan por puntos que se conectan en tres planos ortogonales para formar una estructura repetitiva. Esta estructura se repite trasladándose a lo largo de los ejes x, y o z. De esta manera, los planos se intersecan por simetría traslacional.
ESTRUCTURA DE RED CRISTALINA:
La estructura de red cristalina describe la disposición ordenada de átomos o moléculas en un material. En el estudio de la estructura de red cristalina, la celda unitaria define la estructura tridimensional repetitiva mas pequeña dentro del material.
TIPOS DE ESTRUCTURA DE RED CRISTALINA:
1. Cúbica Simple (SC - Simple Cubic)
La estructura cúbica simple es una de las formas más básicas de red cristalina. En esta configuración, los átomos se ubican únicamente en las ocho esquinas de un cubo. Cada átomo de la esquina es compartido por ocho celdas unitarias vecinas, por lo tanto, cada celda contribuye solo con 1/8 de átomo por esquina. Esto da un total de 1 átomo por celda unitaria.
Es una estructura poco eficiente en el empaquetamiento de los átomos (densidad de empaquetamiento del 52%), por lo que rara vez se encuentra en la naturaleza. Un ejemplo real es el polonio. Esta estructura tiene una coordinación atómica baja (6), lo que significa que cada átomo toca solo a 6 vecinos.
2. Cúbica Centrada en el Cuerpo (BCC - Body-Centered Cubic)
En la estructura cúbica centrada en el cuerpo, hay átomos en las ocho esquinas del cubo, igual que en la cúbica simple, pero además tiene un átomo adicional en el centro del cubo. Esto da un total de 2 átomos por celda unitaria (1 de las esquinas y 1 del centro).
Tiene una coordinación atómica de 8, es decir, cada átomo está rodeado por 8 vecinos. Aunque no es tan densa como la estructura cúbica centrada en las caras (FCC), tiene buena resistencia mecánica, lo que la hace común en metales como el hierro (fase α), cromo, tungsteno y vanadio.
Su densidad de empaquetamiento es del 68%, lo que significa que hay algo de espacio vacío entre los átomos.
3. Cúbica Centrada en las Caras (FCC - Face-Centered Cubic)
La estructura cúbica centrada en las caras es una de las más eficientes para empaquetar átomos. Los átomos se ubican en las ocho esquinas del cubo y en el centro de cada una de las seis caras. Cada cara contribuye con 1/2 de un átomo, y cada esquina con 1/8, sumando un total de 4 átomos por celda unitaria.
Tiene una coordinación atómica de 12, lo que significa que cada átomo está rodeado por 12 vecinos. Esto la convierte en una estructura muy estable y dúctil, común en metales como aluminio, cobre, oro, plata, plomo y níquel.
Su densidad de empaquetamiento es del 74%, el valor más alto posible para esferas del mismo tamaño.
4. Hexagonal Compacta (HCP - Hexagonal Close-Packed)
Esta estructura se basa en una disposición hexagonal, donde los átomos se organizan en capas densamente empaquetadas. Cada celda contiene dos capas de átomos: una superior e inferior con 6 átomos en forma de hexágono, y una capa intermedia con 3 átomos.
La celda unitaria contiene 6 átomos efectivos, y cada átomo tiene una coordinación de 12, igual que en FCC.
La densidad de empaquetamiento es del 74%, al igual que FCC, aunque su simetría es diferente. Se encuentra en metales como el magnesio, titanio, zinc y cadmio.
Aunque es muy densa, su simetría hexagonal hace que tenga menos sistemas de deslizamiento, por lo que es menos dúctil que FCC.
5. Tetragonal
La estructura tetragonal es una extensión del sistema cúbico. Tiene tres ejes ortogonales (ángulos de 90°), pero uno de los lados (generalmente el eje c) es diferente en longitud a los otros dos (a ≠ c). Esto provoca que la celda se estire o comprima en una dirección.
Existen dos tipos: tetragonal simple y tetragonal centrada en el cuerpo (BCT). Este sistema aparece en materiales que sufren una ligera deformación del arreglo cúbico.
Un ejemplo importante es el estaño blanco (β-Sn). Este tipo de estructura puede afectar las propiedades ópticas, eléctricas y mecánicas del material, ya que introduce anisotropía (diferencia de propiedades según la dirección).
6. Ortorrómbica
La celda ortorrómbica se caracteriza por tener tres lados de diferente longitud (a ≠ b ≠ c) y todos los ángulos iguales a 90°.
Es una estructura más alargada y asimétrica que la tetragonal. Se presenta en materiales que requieren mayor libertad para acomodar átomos de diferentes tamaños o formas.
Es común en algunos cristales como el azufre o ciertos óxidos metálicos. Esta estructura también puede permitir propiedades anisotrópicas importantes, especialmente en minerales.
7. Monoclínica
La estructura monoclínica tiene tres lados de distinta longitud (a ≠ b ≠ c), y uno de sus ángulos es diferente de 90°, mientras que los otros dos sí son rectos.
Esta celda se parece a un paralelepípedo inclinado. Es aún más asimétrica que la ortorrómbica, lo que permite arreglos atómicos más complejos.
Es común en materiales como el yeso, clinocloro y muchas micas, donde los átomos o moléculas se acomodan en formas no perfectamente regulares.
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