3 - Sesión N 03 Enlaces de Ingeniería de Materiales

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DOCENTE: Mtro. Lucio Antonio Llontop Mendoza
Escuela de Ingeniería Mecánica Eléctrica
Email: lllontop@usat.edu.pe
ASIGNATURA: “Ingeniería de los Materiales
Sesión N ° 03: 
Enlace de los Materiales de 
Ingeniería
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 El estudiante conoce los
enlaces químicos, los tipos
de enlaces primarios y
secundarios, los cuales son
las bases para el
comportamiento de los
materiales dentro de la
ingeniería.
Objetivos:
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 Enlaces.
 Enlaces Primarios.
 Enlaces Secundarios.
Contenidos:
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¿Qué es 
un 
enlace?
¿Qué 
tipo de 
enlaces 
hay?
¿Nos 
ayudan en 
los 
materiales?
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Todos los elementos y sustancias químicas, en condiciones normales,
excepto los gases nobles, están formados por moléculas, es decir, átomos
unidos entre si mediante fuerzas de diferente intensidad, pero con un origen
común:
✓ La interacción entre los electrones situados en las capas más externas de
los átomos.
✓ Estas fuerzas constituyen lo que conocemos con el nombre de enlace
químico.
✓ La unión de los átomos puede dar lugar a la formación de moléculas
discretas en fase gaseosa o líquida, o bien, a compuestos sólidos en los
cuales los átomos se encuentran distribuidos en redes cristalinas.
✓ Por otro lado, las moléculas aisladas pueden unirse entre si, mediante
enlaces más débiles que los que mantienen unidos los átomos, para
formar estados más condensados (líquido y sólido).
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Enlaces Atómicos:
✓ Existen cuatro mecanismos importantes
mediante los cuales los átomos se enlazan o
unen formando sólidos.
Enlace Primario:
✓ Enlace metálico.
✓ Enlace covalente.
✓ Enlace iónico.
Enlace Secundario:
✓ Enlace de Van Der Waals.
✓ Enlace puente de hidrógeno.
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✓ Los metales y sus aleaciones presentan enlace
metálico.
✓ Tiene electronegatividad baja.
✓ Se forman cuando los átomos ceden sus e- de
valencia, creando un mar de electrones. Los
cuerpos centrales atómicos positivamente
cargados quedan enlazados mediante la
atracción mutua con los electrones libres de
carga negativa.
✓ Dado que los e- no están fijos a ninguna
posición en particular esto hace fácil que al
aplicarle un voltaje circulen la electricidad.
Enlace Metálico:
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Enlace covalente:
✓ Se debe a la compartición de electrones 
de valencia entre dos o más átomos.
✓ Los enlaces covalentes son muy fuertes
pero los materiales tienen poca ductilidad y
mala conductibilidad eléctrica y térmica.
Ejemplo: cerámicos, semiconductores y
polímeros.
✓ Para que se mueva un electrón y pueda
transportar corriente se debe romper el
enlace, con altas temperaturas o voltajes.
✓ Se puede presenta entre átomos del mismo
elemento : H2 ,Cl2 , etc.
✓ O entre átomos de diferentes elementos:
HCl, HF, H2O, CH4, etc.
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Enlace iónico:
✓ Se crea un enlace iónico entre dos átomos
distintos con electronegatividades
diferentes.
✓ Se forma entre un elemento metálico y un no
metálico, el primero dona electrones quedando
con carga positiva (catión) y el segundo acepta
electrones adquiriendo carga negativa (anión).
✓ Ej.: Cuando el sodio dona su electrón de
valencia al Cl, cada uno se convierte en un ion,
la atracción ocurre y se forma el enlace iónico.
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Enlaces Mixtos:
✓ La mayoría de materiales presenta una mezcla de dos o más tipos de
enlaces entre átomos.
✓ Este comportamiento se debe la diferencia de
electronegatividades. A medida que esta diferencia aumente los
enlaces se hacen más iónicos.
% 𝐶𝑎𝑟á𝑐𝑡𝑒𝑟 𝐼ó𝑛𝑖𝑐𝑜 = 100 1 − 𝑒−0,25(𝑋𝐴−𝑋𝐵)
2
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✓ Los enlaces de Van der Waals unen moléculas o grupos de átomos
mediante una atracción electrostática débil.
✓ Es un enlace secundario, no existe transferencia de electrones.
✓ Modifican las propiedades de los materiales.
Enlace Dipolo Inducido:
Permite la condensación y a veces, la solidificación de los gases inertes
y de otras moléculas eléctricamente neutras y simétricas.
Ej.: Ar : - 189 °C (Tº de fusión), Cl2: -101 °C.
Enlace de Van Der Waals:
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Enlace Dipolo-Dipolo
Cuando dos moléculas polares (dipolos) se aproximan, se produce una 
atracción entre el polo positivo de una de ellas y el negativo de la otra.
Enlace de Van Der Waals:
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Enlace de Van der Waals:
Enlace Puente de Hidrógeno
Es un enlace dipolo- dipolo producido cuando un átomo de hidrógeno
está unido covalentemente a átomos de F, O y N.
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Fuerzas de Van der Waals en Polímeros:
✓Los enlaces de Van der Waals son
los responsables del
comportamiento
plástico de los polímeros.
✓Al aplicar fuerzas de tensión, se
rompen los débiles enlaces Van der
Waals permitiendo el deslizamiento
de las cadenas.
✓Una vez que cesa la fuerza, el
material
queda deformado
permanentemente.
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Casos:
1.- En un análisis químico de laboratorio se hace mediante un microscopio
electrónico de barrido. Este aparto examina un volumen aproximado de un
cilindro en la superficie de un material sólido. Calcúlese el número de
átomos analizados en un cilindro de 1 mm de diámetro y 1 mm de
profundidad sobre la superficie de una pieza maciza de cobre.
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Casos:
2.- Un mol de MgO sólido ocupa un volumen cúbico de 22,37 mm de
lado. Calcule su densidad del MgO en (g/cm3).
3.- Calcúlese las dimensiones de un cubo que contenga un mol de
magnesio sólido.
4.- Calcúlese el número de átomos contenidos en un cilindro de 1 µm de
diámetro por 1 µm de profundidad.
5.- La densidad del MgO calculada en el punto 2 se necesita para obtener
la masa de un bloque de MgO refractario (resistente a altas temperaturas)
de dimensiones: 50 mm x 100 mm x 200 mm.
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6.- Estime el número de coordinación del catión en cada uno de estos
óxidos cerámicos: Al2O3, B2O3, CaO, MgO, SiO2 y TiO2.
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7.- Utilizando los valores de los radios iónicos de a tabla dada, determine:
a) La fuerza de atracción electrostática entre el Na + y el Cl – en el
Nacl.
b) ¿Cuál es la fuerza de repulsión en ese caso?
𝐹𝑎 = −
𝐾0𝑍1𝑞𝑍2𝑞
𝑎0
2
𝐾0 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑜𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 = 9 𝑥 10
+9𝑉.
𝑚
𝐶
𝑍1 = 𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑡𝑖ó𝑛
𝑍2 = 𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑛𝑖𝑜𝑛
𝑞 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑜𝑛 = 0,16𝑥 10−18 𝐶
𝑎0 = 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑜 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑙𝑎𝑐𝑒
𝐹𝑎 + 𝐹𝑟 = 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑙𝑎𝑐𝑒
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Conclusiones:
 Los enlaces ayudan al conocimiento de los materiales
para ver sus propiedades en el estado sólido, para los
metales, cerámicos, polímeros y compuestos los cuales
son de gran utilización en su aplicación. Estos enlaces
pueden darse a través de compartición, ganancia de
electrones o simplemente mediante la unión de
moléculas.
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Gracias
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