Solidificación
La
solidificación es un proceso físico en el que se da el cambio de estado de
cualquier materia que pase de líquido a sólido. Este fenómeno se lleva a cabo
debido a una disminución de la temperatura y de la energía que existe entre los
enlaces químicos de los elementos que constituyen la materia.
Generalmente, todo compuesto que sufre un
proceso de solidificación disminuye su volumen, ocupando ahora un menor
espacio. Sin embargo, el agua es una excepción, y como todos hemos podido
comprobar en alguna ocasión, el volumen del hielo es mayor que el del agua
líquida, aunque siempre tengamos en cuenta la forma y el volumen determinado
del recipiente que los contiene.
Importancia
de la Solidificación
Etapas
de la Solidificación
Nucleación
Es el comienzo de un cambio de estado en
una región pequeña pero estable. El cambio de estado puede ser la formación de
gas o cristal a partir de un líquido. La nucleación ocurre normalmente con más
dificultad en el interior de una sustancia uniforme, por un proceso llamado
nucleación homogénea.
Los líquidos que se enfrían por debajo de
la temperatura máxima de nucleación heterogénea (temperatura de fusión), pero
que están por encima de la temperatura de nucleación homogénea (la temperatura
de congelación de la sustancia pura) se dice que están superenfriados. Esto es
útil para hacer sólidos amorfos y otras estructuras metaestables, pero puede
retrasar el progreso de los procesos químicos industriales o producir efectos
indeseados en el contexto de la fundición.
Crecimiento de Cristales
Este consiste en la incorporación de
nuevas moléculas al núcleo ya formado y estable. Cuando aparece un núcleo, éste
actúa como un punto de convergencia para las moléculas adyacentes al cristal,
de modo que crece en forma de capas sucesivas. Debido a la presencia del
cristal, se dice que el crecimiento del cristal es un proceso difusional
modificado por la presencia de las superficies sólidas.
Formación de una
estructura granular
La materia granular o materia granulada es
aquella que está formada por un conjunto de partículas macroscópicas sólidas lo
suficientemente grandes para que la fuerza de interacción entre ellas sea la de
fricción. Colectivamente, este tipo de materia presenta propiedades que pueden
semejar, dependiendo del tipo de fuerzas a las que esté sometida, a las del
estado sólido, el estado líquido o un gas. Una característica importante es
que la materia granular tiende a disipar rápidamente la energía de sus partículas
debido a la fuerza de fricción.
Disoluciones
Sólidas Metálicas
Tipos
de Soluciones Sólidas Metálicas
- Sustitucional: El átomo o ion del soluto, ocupa
el lugar de los átomos o iones del solvente
- Intersticial:
El átomo o ion del soluto se coloca en el intersticio de la celda unitaria
del solvente.
Intersticios
tetraedicos y octaedricos en celdas BCC, FCC y HCP.
Defectos
o Imperfecciones cristalinas
La
estructura cristalina es un concepto teórico que permite comprender cómo están
formados los materiales. A partir del concepto de estructura cristalina es
posible explicar muchas de las propiedades que exhiben los materiales, sean
éstos cristalinos o amorfos. El plantear que un material clasificado como
cristalino posee estructura cristalina es una idealización que no siempre se
cumple en los materiales reales. La forma como están colocados los átomos en un
material real normalmente difiere de la posición ideal que se espera a partir
de la estructura cristalina. Esas diferencias pueden explicarse planteando que
el modelo de arreglo atómico puede poseer defectos. Para propósitos de estudio,
los defectos se clasifican de la siguiente manera:
Defectos
puntuales:
Se dan a nivel de las posiciones de los átomos individuales. Los principales defectos puntuales son los
siguientes:
·
a.
Vacancias. Son puntos de red vacíos en la estructura del material. Estos
lugares deberían idealmente estar ocupados por átomos, sin embargo se
encuentran vacíos.
·
b.
Átomos sustitucionales. En teoría un material puro está formado exclusivamente
por el mismo tipo de átomos. Los materiales reales no son 100% puros sino que
poseen impurezas, las cuales se definen como átomos diferentes a los átomos del
material original. Cuando uno de esos átomos diferentes sustituye a un átomo
original ocupando su punto de red, recibe el nombre de átomo
sustitucional.
·
c.
Átomos intersticiales. Son átomos que ocupan lugares que no están definidos en
la estructura cristalina. En otras palabras, son átomos cuya posición no está
definida por un punto de red. Normalmente estos átomos se colocan en los
intersticios que se forman entre los átomos originales, por lo que se les llama
átomos intersticiales.
Defectos
lineales:
Se dan a nivel de varios átomos confinados generalmente a un plano. Los
defectos lineales más importantes en los materiales son las dislocaciones. Las
dislocaciones se generan durante la solidificación o la deformación plástica de
los materiales cristalinos, y consisten en planos “extra” de átomos insertados
en la estructura cristalina.
Las
dislocaciones tienen dos características importantes:
·
Tienen
la capacidad de moverse o desplazarse en el interior del material.
·
Cuando
una dislocación se desplaza, se divide aumentando el número de dislocaciones
presentes en el material. Cuando se aplica una fuerza sobre la dislocación,
ésta se desplaza sobre un plano específico y en determinadas direcciones. Al
plano se le llama plano de deslizamiento y a la dirección se le llama dirección
de deslizamiento. A la combinación de un plano de deslizamiento con una
dirección de deslizamiento se le llama sistema de deslizamiento. La fuerza
aplicada directamente sobre la dislocación es una componente de alguna fuerza
externa aplicada sobre el material.
