u4. solidificación del estado amorfo

8/19/2019 U4. Solidificación Del Estado Amorfo

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F U E N T E S D E I N F O R M A C I Ó N

E S T R U C T U R A D E S O L I D O S A M O R F O S , M A R T Í N E . R E Y E S M E L O ,M O I S E S H I N O J O S A R I V E R A , I N G E N I E R I A S , O C T . - D I C . 2 0 0 0 , V O L . 3 ,N O . 9 .

N U C L E A C I O N Y C R I S T A L I Z A C I Ó N E N V I D R I O S , J O S É M A R I AF E R N A N D E Z N A V A R R O , BOL. SOG. ESP. CERM., J ! L . - A G O . " 9 # $ , VOL. % - NO. &.

F U N D A M E N T O S D E L A C I E N C I A E I N G E N I E R Í A D E M A T E R I A L E S ,3 ' E D . ( I L L I A M F . S M I T H , M C G R A ( - H I L L , " 9 9 $ .

4. SOLIDIFICACIÓN DEL

ESTADO AMORFO


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CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS SÓLIDOS AMORFOS

Los materiales en el estado sólido se clasifican en:

Cristalinos: los átomos adoptan arreglos ordenados y repetitivos;formando estructuras tridimensionales periódicas. (Metales).

Amorfos o semicristalinos: no existe ordenamiento periódico. (vidrio yalgunos materiales plásticos como el poliestireno) son los ejemplos más

comunes.Segn como sea enfriado el dióxido de silicio (Si!2)" puede presentar dosestructuras" (a) cuando es cristalino forma el cuar#o y ($) cuando esamorfo forma el vidrio.


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Los semicristalinos presentan una parte amorfa y otra cristalina"materiales plásticos como el polietileno y el polipropileno son ejemplos

t%picos. Las cadenas del pol%mero &ue mantienenun orden con las adyacentes definenestructuras cristalinas.

Las flexiones de las cadenas definen las

'lamelas. (cadenas do$ladas mucasveces so$re s% mismas).

Las lamelas se encuentran formando partede estructuras microscópicas conocidascomo 'esferulitas'. *l crecimiento radial de

estas lamelas forma las esferulitas" &ue esla principal morfolog%a en la &uecristali#an esta clase de resinaspolim+ricas y concentrando as% la fasecristalina del pol%mero.


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Los sólidos amorfos se clasifican en:

,idrios: compuestos por redes tridimensionales no periódicas.

-ol%meros: mol+culas individuales de cadena larga.

ristales l%&uidos: ordenaciones intermedias entre los / casos anteriores.

Los sólidos amorfos no tienen una

temperatura de solidificacióndefinida. -artiendo del estadol%&uido" cuando la temperaturadisminuye se acen más y másviscosos. La temperatura en &ue

se presenta este fenómeno seconoce como temperatura detransición v%trea (0g).


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Polmeros

Son compuestos moleculares de cadena larga" son resultado de la unión

de mol+culas simples (monómeros) mediante una reacción &u%micadenominada polimeri#ación.

*l nmero de monómeros en una cadena se denomina grado depolimeri#ación y puede variar desde 122 asta 122"222.

La polimeri#ación puede llevarse a ca$o de manera natural" mediantereacciones $io&u%micas en el interior de c+lulas" dando origen a pol%merosnaturales como las prote%nas y el ule natural" o $ien de manera artificialo$teni+ndose materiales plásticos.

La manera aleatoria en &ue se

produce la reacción depolimeri#ación artificial" generacadenas de diferente tama3o&ue pueden ramificarse.


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La formación de la estructura amorfa se favorece con:

adenas moleculares muy largas y ramificadas

4istri$ución al a#ar de grupos laterales grandes a lo largo de las cadenas.

adenas copolim+ricas (formadas por com$inación de dos o másmonómeros).

-resencia de aditivos plastificantes &ue separan las cadenas unas deotras y &ue se a3aden a los plásticos para mejorar sus propiedades.


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Los pol%meros cuyos monómeros son relativamente sencillos en cuanto asu geometr%a" desarrollan cierto grado de ordenamiento formando cristalessegn como sean enfriados. Sin em$argo no todo el material cristali#a.

La figura muestra el ordenamiento de cadenas polim+ricas plegadas so$res% mismas en forma de laminas. *l material &ue se encuentra fuera de laestructura laminar presenta estructura amorfa" la proporción cristal5amorfodepende del enfriamiento.


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La solidificación y enfriamiento de termoplásticos no cristalinos (amorfos) yparcialmente cristalinos muestran un cam$io en el volumen espec%fico con

la temperatura.0m es la temperatura de fusión0g es la temperatura de transición v%trea" es la temperatura a la cual untermoplástico calentado" al enfriarlo" pasa de un estado gomoso a unestado v%treo frágil.

*l termoplástico no cristalino (amorfo) se enfr%a a lo largo de la l%nea 674"donde:

6 8 l%&uido"7 8 l%&uido altamente viscoso 8 l%&uido superenfriado (cauco)

4 8 sólido v%treo (duro y &ue$radi#o)


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Los termoplásticos parcialmente cristalinos se enfr%an a lo largo de la l%nea 67*9" donde:

* 8 son regiones de sólido cristalino en una matri# de l%&uido superenfriado9 8 regiones sólidocristalinas en una matri# v%trea


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!i"rios

*l vidrio es un producto inorgánico de fusión &ue se a enfriado asta un

estado r%gido sin cristali#ación" tiene una estructura amorfa o no cristalina"las mol+culas del vidrio no están distri$uidas en un orden repetitivo de largoalcance sino &ue cam$ian su orientación en forma aleatoria en todo elmaterial sólido.

6lgunas de sus propiedades:

0transparencia y dure#a a temperatura am$iente. esistenc%a &u%mica (corrosión y reacciones &u%micas). 6islante el+ctrico. -roporciona un cierre al vac%o


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!i"rio so"o#c$lcico% *s el más$arato y comn" el .

!i"rio "e slica &(ra% *s duro y dif%cil de tra$ajar" es de gran esta$ilidad"soporta temperaturas de asta ?22@ durante largo tiempo. Se utili#a en la

fa$ricación de material de la$oratorio y en ladrillos refractarios.

Com&osici)n "e los *i"rios


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Estr(ct(ra "e los *i"rios

La mayor%a de los vidrios inorgánicos se $asan en el óxido de silicio &ue es

formador de vidrio.a) La su$unidad fundamental de los vidrios a $ase de s%lice es el

tetraedro.

$) *n la s%lice cristalina" por ejemplo" la cristo$alita" el tetraedro de Si!

está unido es&uina con es&uina en una distri$ución regular"produciendo un orden de largo alcance.

c) *n un vidrio sencillo de s%lice" el tetraedro está unido es&uina cones&uina para formar una red suelta sin orden alguno de largo alcance .


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Ó+i"os mo"ifica"ores "el *i"rio

Los óxidos &ue rompen la red v%trea se conocen como modificadores de

redes" el


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Ó+i"os interme"ios en *i"rios

6lgunos óxidos no tienen la capacidad de formar una red v%trea por s%

mismos" pero pueden unirse a una red ya existente. *stos óxidos seconocen como óxidos intermedios y se a3aden al vidrio de s%lice parao$tener propiedades especiales. -or ejemplo" 6l2!, y -$!.


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0emperatura de transición v%trea

Cn l%&uido &ue forma vidrio no cristali#a al enfriarse" sino &ue se vuelve más

viscoso a medida &ue $aja su temperatura y se transforma de un estadoplástico aulado $lando a un estado v%treo r%gido y frágil" en un intervalo detemperaturas corteo" donde la pendiente de la curva de volumen espec%ficocontra temperatura disminuye marcadamente.

*l punto de transformación es llamado temperatura de transición v%trea 0g"

enfriamientos rápidos producen valores de 0g altos.


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Des*itrificaci)n o cristali-aci)n "el *i"rioomo las sustancias v%treas se encuentran congeladas en un estado de

su$enfriamiento con un contenido energ+tico mayor &ue el &uecorresponde a su e&uili$rio termodinámico" pueden evolucionar" $ajocondiciones favora$les" acia la formación de especies cristalinas esta$les.*n tales casos la cristali#ación reci$e el nom$re particular de"es*itrificaci)n" ya &ue constituye un fenómeno &ue se opone a la propianaturale#a del vidrio.

Los dos mecanismos principales para la desvitrificación son:

Nucleación o formación de g+rmenes cristalinos esta$les de la nuevafase en e&uili$rio con el fundido

Crecimiento de los cristales o deposición de material so$re los ncleos

primarios formados.


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a) *s&uema de un ret%culo vitreo de SD!2. La densidad del punteado indicael grado de ordenación reticular.

$) Microfotografia electrónica de un vidrio de $orato sódico. (EF mol G 72!, HI mol G


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Los fenómenos de segregación defases están presentes en los vidrios.

*n esta microfotograf%a se puededistinguir tres formas diferentes &uecorresponden a las tres fases &uecomponen el vidrio: gotas grandesde$idas a la fase de S!2; gotitaspe&ue3as correspondientes a lafase de 72!, rica en


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*l primer paso para &ue +sta se produ#ca es la inmisci$ilidad de dos o másfases diferentes.

uando estas segregaciones presentan una tensión superficial distinta a lade la matri# vitrea &ue las rodea se favorece su separación" adoptando lafase de mayor tensión superficial una forma esf+rica.

*l paso siguiente consiste en la aproximación de dicas esferas formandoagrupaciones en forma de enjam$re y agregándose despu+s entre s% paraformar otras de mayor tama3o produciendo una la formación cristalina.

u4. solidificación del estado amorfo

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