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2.7.7 Estructura amorfa.1: 4421. ¿Qué son los Materiales Amorfos?Los materiales amorfos no son algo nuevo de nuestra vida ...
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4.3. Bloque congelador (en el que se distinguen el "splat-cooling" y eltemplado giratorio o extracción)4.4. Evaporación   ...
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Estruc amorfa

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Te presento la estructura amorfa.

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Estruc amorfa

  1. 1. 2.7.7 Estructura amorfa.1: 4421. ¿Qué son los Materiales Amorfos?Los materiales amorfos no son algo nuevo de nuestra vida diaria. La misión delApolo recuperó uno de esos materiales desde la superficie lunar, que data demillones de años, por lo cual no nos debe extrañar que los hombres hayanpodido crear materiales vítreos (principalmente de silicio) por cientos de años.Surgirá aquí la pregunta de saber: ¿por qué hoy se habla tanto de estosmateriales? Su respuesta radica en el estudio científico de los mismos, en lasnuevas formas de obtención y en las considerables características y promesastecnológicas, que en el futuro, prometen quizás un rol más protagónico en eldesarrollo de materiales.Quizás lo más importante de este tipo de materiales se pueden resumir en doscosas: 1. Aspecto científico del material. Una gran diversidad de materiales pueden ser reconocidos como amorfos. Pero existe una gran discusión en la definición científica de los materiales amorfos y el conocimiento popular de este tipo de materiales. Existe una confusión entre la propiedad de ser amorfo y materiales amorfos por definición. El apodo de "amorfo" se asocia a una característica exclusiva del mundo de los vidrios, por eso suelen llamar a los materiales amorfos como vidrios. Mientras que otros critican esta visión, ya que sostienen que los vidrios son simplemente materiales transparentes ubicados en las ventanas. 2. Fundamento físico de estos materiales, es decir, sus propiedades físicas. Por ejemplo: su banda energética, sus propiedades eléctricas y magnéticas. Características que son únicas de ellos y no son claras en los sólidos cristalinos.Profundizando estos dos aspectos de discusión, hoy en día podemos avanzarel mundo científico y, por supuesto, aprovechar su aplicación tecnológica.Podemos expresar más científicamente, que los materiales amorfos sonsustancias que al ser sometidas a experimentación, ponen de manifiesto: suresistencia a la fluencia, característica del estado cristalino (sin presentaruna tendencia a asumir la forma geométrica de los cristales ya que presentanpoca o ninguna organización estructural).Sus moléculas están evidentemente distribuidas al azar y las propiedadesfísicas del sólido son idénticas en todas direcciones (isótropo).Ocasionalmente estas sustancias evidencian las propiedades elásticas de loscristales, por ejemplo en una escala considerable su expansión puede serproporcional a la tensión aplicada. Frecuentemente, si una carga se aplica almaterial (aunque sea relativamente liviana) y por un intervalo razonable detiempo, la sustancia desarrollará una deformación pseudo-permanente, esdecir, fluirá como si fuera un líquido de viscosidad extremadamente alta.Cuando se les calienta, tales sustancias no evidencian un punto de fusión,
  2. 2. aunque se ablandan progresivamente, aumentando con relativa rapidez latendencia a una deformación permanente bajo carga.Los sólidos amorfos pueden ser considerados también como sustanciaslíquidas sobreenfriadas. En muchos casos pueden ser preparados del estadolíquido por enfriamiento, aunque esto es a menudo difícil, debidogeneralmente a la inestabilidad térmica: las temperaturas necesarias paraalcanzar un alto grado de fluidez. Una justificación de que se los considerecomo líquidos sobreenfriados se refiere al hecho de que sus características deflujo se pueden anticipar extrapolando los valores según la tendencia de lacurva de viscosidad. En otras palabras, si un líquido puede ser enfriadorápidamente, sin que cristalice, su viscosidad tiende a aumentar hasta un valormuy elevado. Tan elevado que el flujo bajo una presión moderada puedevolverse despreciable y difícil de medir experimentalmente.Este tipo de materiales posee un alto grado de aleatoriedad. La gran preguntaes: ¿cuál es el tipo de desorden y magnitud de este tipo de material?La aleatoriedad se puede caracterizar de distintas formas, por ejemplo: deacuerdo a la geometría del material, al spin, al desorden vibracional de losátomos. Este desorden lo podemos entender mejor al compararlo con la formaestándar de un cristal perfecto, en el que un grupo de átomos seencuentran arreglados como parte de un modelo periódico en tresdimensiones y de extensión infinita.Con esta definición, para que un material sea considerado como un cristalimperfecto le bastaría ser simplemente finito, con claros defectos en suestructura geométrica como: vacancias, huecos intersticiales, dislocacionesatómicas, (de cualquier modo la forma de desorden concerniente a ellas sonmás drásticas por las pequeñas perturbaciones que se producen en suestructura, lo que veremos más adelante).El desorden geométrico debido a la aleatoriedad es producto de la no-periodicidad de su estructura, es por esto que los materiales no presentan unorden de largo alcance. Estos materiales como lo mencionamos anteriormentepresentan también una aleatoriedad en el sentido del spin y en su comparacióncon el spin de los cristales perfectos.En cuanto a la vibración atómica podemos decir que al compararlo con uncristal perfecto (este concepto es solo válido a cero Kelvin), sabemos que ellosestán afectos al movimiento aleatorio de sus átomos cerca de la posición deequilibrio destruyendo la perfecta periodicidad del cristal perfecto cuando essometido a cualquier temperatura finita. Este desorden vibracional no setraduce en un completo desorden geométrico.En resumen podemos decir que los materiales amorfos no tienen periodicidadde largo alcance, pero si hay de corto alcance. El material amorfo másrepresentativo es el vidrio. No debemos olvidar que los materiales amorfospueden ser obtenidos mediante diversas técnicas (distintas proporciones de
  3. 3. elementos constituyentes según los huecos intersticiales de los átomos de laestructura base).Aunque estos materiales existen desde hace cientos de años, el estudio ydesarrollo de ellos se considera reciente y su utilización se considerafundamentalmente porque es un material con buenas propiedadeselectromagnéticas entre otras y es económicoEsta interpretación de las estructuras de los sólidos amorfos, es confirmada porel examen el método de difracción de rayos x. Así pues, si un rayo de luzvisible pasa a través de una lámina de vidrio, sobre cuya superficie se hatrazado un número relativamente grande de líneas paralelas, el rayo se desvíadependiendo del ángulo de desviación, de la distancia entre las líneas y dellargo de onda de luz. Siendo así los rayos x de escala apropiada son capacesde determinar cuantitativamente la distribución de los átomos en la estructurade los cristales. Por ejemplo: el análisis con rayos x ha evidenciado tambiénque los cristales se dividen en tres clases principales: los cristales nomopolareso covalentes, los cristales polares o heteropolares. Los estudios con rayos xdan espectros de difracción claros y preciso, lo que indica una orientacióndefinida de los átomos o moléculas, los sólidos amorfos por su parte, dannormalmente espectros indefinidos, similares a los de los líquidos, lo que indicauna distribución desorganizada, al azar, aunque en casos especiales seobtiene una evidencia de un arreglo parcial (ejemplo: espectro de fibra). Elexamen con rayos x se ha desarrollado como uno de los más importantesmétodos de investigación de sustancias amorfas. Muchos sólidos cristalinosque se deforman reversiblemente, con pequeñas presiones, fluirán como lossólidos amorfos, con grandes presiones. (que se verá a continuación)El grupo de substancias clasificadas como sólidos amorfos, incluye un númeroextraordinario de gran importancia técnica particularmente para la construcción.Muchos de ellos son mecánicamente resistentes, duros y extraordinariamenteresistentes a la acción química y física, poseen propiedades elásticas valiosas.2. Métodos de Obtención de Sólidos AmorfosPor mucho tiempo se pensaba que sólo una pequeña cantidad de materialespodían ser preparados para formar sólidos amorfos, era común referirse aestas sustancias como "especiales", como " sólidos formadores de vidrios" (porejemplo: óxidos de vidrio y los polímeros orgánicos). Esta noción es errónea, yhoy se conoce como una propiedad universal de la materia , se le llama lacapacidad o tendencia a formar sustancias amorfas. El estado de sólidoamorfo es ubicuo.La tabla 2.1 presenta un listado de sólidos amorfos con su respectivo tipo deenlace y la temperatura representativa de su transición a estado amorfo (yaque se trata de una vecindad de temperaturas más precisamente).
  4. 4. Tabla 2.1 Algunos sólidos amorfos, su tipo de enlace y su temperaturacrítica de formación del amorfo.Sustancia Tipo de Tg Sustancia Tipo de Tg (°K)Amorfa Enlace (°K) amorfa EnlaceSiO2 Covalente 1430 Poliestireno Polimérico 370 CovalenteGeO2 Covalente 820 Se Polimérico 310Si, Ge Metálico - Au0.8 Si0.2 Metálico 290Pd0.4 Ni0.4 P0.2 Iónico 580 H2O Enlace de H 140BeF2 Covalente 570 C2H5OH Enlace de H 90As2S3 470 Isopentano Van der Waals 65 Fe,Co,Bi Metálico -La idea correcta (expresado pe por D. Turnbull en un paper en el año 1969) esel siguiente: "Probablemente todos los materiales pueden, si se enfríancon la suficiente rapidez y lejanía de la temperatura crítica, sertransformados en sólidos amorfos".Este punto de vista ha sido ampliamente apoyado en los últimos años, por lagran variedad de materiales de los cuales se han obtenido sólidos amorfos.Evidentemente, la mejor muestra a la ubicuidad de este estado de la materiacondensada son las aleaciones metálicas. Porque los metales tienden aordenarse en estructuras simples (existen muchas maneras de estructurarse encristales), la proliferación de aleaciones o vidrios metálicos muestra elimportante desarrollo de la experimentación en este campo.Tradicionalmente, los "formadores de vidrios" han sido materiales asociadoscon una clase de estructura molecular muy compleja, como los vidriosorgánicos compuestos por grupos de cadenas poliméricas. Los metales hansido estudiados por su simpleza y facilidad de generación de sustanciasamorfas.Existen varios métodos de obtención de ese tipo de material, pero el másantiguo y más usado hoy en día es el de la fundición templada. Este métodotiene algunas variaciones que han llevado a otros métodos como son:4.1. Templado al aire4.2. Templado con líquido
  5. 5. 4.3. Bloque congelador (en el que se distinguen el "splat-cooling" y eltemplado giratorio o extracción)4.4. Evaporación 2.-ESTRUCTURA AMORFA: cuando las partículas se sitúan en elespacio de forma desordenada En cristalografía, rama de la física de los sólidos, tradicionalmente sedistinguen dos tipos de estructura: amorfa y cristalina. La estructuraamorfa, de la que el vidrio es un ejemplo habitual, se presenta como unamontonamiento caótico de subestructuras idénticas. La estructura cristalinase presenta en forma de repetición de subestructuras estrictamenteperiódicas, en las que domina el paralelismo; el cuarzo es el ejemplo máshabitual. Por otra parte, en los cristales se distingue un orden a larga distancia, conuna organización rigurosamente periódica de las subestructuras, en tantoque en las estructuras amorfas, las subestructuras siguen líneasquebradas al azar y el orden sólo se discierne a corta distancia.En la difracción también se refleja esta diferencia; la imagen que produce unhaz de partículas -fotones, electrones, neutrones- que incide en un cristalamorfo conlleva un punto de impacto central, que corresponde a laspartículas no desviadas, rodeado de anillos que corresponden a lasdistancias medias que son las más frecuen Los materiales de laL fase amorfa (sustancias pécticas, hemicelulosas yproteínas) son transportados por orgánulos celulares denominadosdictiosomas.tes entre los átomos. Fase amorfa. Formada por hemicelulosas, polisacáridos no celulósicos[xilana, glucana, galactana, manana, fructana], compuestos pécticos yglucoproteínas. Puede lignificarse.El análisis de difracción de rayos X revela una estructura amorfa, conteniendotrazas de níquel. La microscopia electrónica de barrido muestra escasos sitioscristalinos con tendencia a un arreglo hexagonal  http://members.tripod.com "Polímeros"  http://www.fvet.uba.ar (Universidad de Buenos Aires).http://html.rincondelvago.com/materia-mineral.htmlhttp://www.biologia.edu.ar/botanica/tema7/7-3pared2.htm

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