Estructura cristalina

La estructura física de los sólidos es consecuencia de la disposición de los átomos, moléculas o iones en el espacio, así como de las fuerzas de interconexión de las partículas, en función de esa disposición, nos encontramos con:

• Estado amorfo: Las partículas componentes del sólido se agrupan al azar. Su disposición atómica no sigue ningún patrón definido

• Estado cristalino: Los átomos (moléculas o iones) que componen el sólido se disponen según un orden regular. Las partículas se sitúan ocupando los nudos o puntos singulares de una red espacial geométrica tridimensional.
Los metales, las aleaciones y determinados materiales cerámicos tienen estructuras cristalinas.

Los átomos que pertenecen a un sólido cristalino se pueden representar situándolos en una red tridimensional, que se denomina retículo espacial o red cristalina. Esta red cristalina se puede definir como una repetición en el espacio de celdas unitarias.

La celda unitaria de la mayoría de las estructuras cristalinas son paralelepípedos o prismas con tres conjuntos de caras paralelas. (cubico, hexagonal, tetragonal, ortoromboidico, …)

Los metales de uso industrial más frecuente cristalizan en tres tipos de redes:
- Red cúbica centrada en el cuerpo (BCC): hierro alfa, cromo, titanio, molibdeno, etc.
- Red cúbica de centrada en las caras (FCC): hierro gamma, cobre, aluminio, oro, plomo, etc.
- Red hexagonal compacta (HCP): magnesio, cinc, cadmio, etc.

RED CÚBICA CENTRADA EN EL CUERPO (BCC): los átomos se hallan dispuestos en los vértices y en el centro del cubo.

-Átomos por celdilla: 2 (1 en el centro más otro que comparte con los ocho vértices).
-Índice de coordinación: 8 átomos. El número (o índice) de coordinación (Z) es el número de vecinos más próximos que rodean a un átomo dado, unidos directamente a él.
-Arista de la celda unitaria: a = 4R/√3 (siendo R el radio del átomo)
-Factor de empaquetamiento: 0,68 (el 68% del volumen de la celda unitaria está ocupada por átomos).

Para el cálculo del factor de empaquetamiento se divide el volumen ocupado por los átomos de la estructura (2 átomos x 4/3 π R³) (R es el radio del átomo) entre el volumen de la unidad elemental de la estructura (a³) (a el el lado de la arista de la estructura elemental).

RED CÚBICA CENTRADA EN LAS CARAS (FCC): los átomos están dispuestos en los vértices y en los átomos de las caras del cubo.

-Átomos por celdilla: 4 (1/2 en el centro de cada cara x 6 caras + 1/8 en cada vértice x 8 vértices).
-Índice de coordinación: 12 átomos.
-Arista de la celda unitaria: a = 4R/√2
-Factor de empaquetamiento: 0,74 (el 74% del volumen de la celda unitaria está ocupada por átomos, por tanto los metales que cristalizan según esta red poseen mayor densidad y son más resistentes que los anteriores). 

RED HEXAGONAL COMPACTA (HCP): En esta red, los átomos se sitúan en los vértices de un prisma hexagonal, además uno en cada base y tres en un plano horizontal en el centro del prisma.
-Átomos por celdilla: 6
-Índice de coordinación: 12 átomos.
-Arista de la celda unitaria: a = 2R
-Factor de empaquetamiento: 0,74