Materiales Amorfos 3m1k3l

2.5.5. Estructura amorfa.1: 442

1. ¿Qué son los Materiales Amorfos? Los materiales amorfos no son algo nuevo de nuestra vida diaria. La misión del Apolo recuperó uno de esos materiales desde la superficie lunar, que data de millones de años, por lo cual no nos debe extrañar que los hombres hayan podido crear materiales vítreos (principalmente de silicio) por cientos de años. Surgirá aquí la pregunta de saber: ¿por qué hoy se habla tanto de estos materiales? Su respuesta radica en el estudio científico de los mismos, en las nuevas formas de obtención y en las considerables características y promesas tecnológicas, que en el futuro, prometen quizás un rol más protagónico en el desarrollo de materiales. Quizás lo más importante de este tipo de materiales se pueden resumir en dos cosas: 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 avanzar el mundo científico y, por supuesto, aprovechar su aplicación tecnológica. Podemos expresar más científicamente, que los materiales amorfos son sustancias que al ser sometidas a experimentación, ponen de manifiesto: su resistencia a la fluencia, característica del estado cristalino (sin presentar una tendencia a asumir la forma geométrica de los cristales ya que presentan poca o ninguna organización estructural). Sus moléculas están evidentemente distribuidas al azar y las propiedades físicas del sólido son idénticas en todas direcciones (isótropo). Ocasionalmente estas sustancias evidencian las propiedades elásticas de los cristales, por ejemplo en una escala considerable su expansión puede ser proporcional a la tensión aplicada. Frecuentemente, si una carga se aplica al material (aunque sea relativamente liviana) y por un intervalo razonable de tiempo, la sustancia desarrollará una deformación pseudo-permanente, es decir, fluirá como si fuera un líquido de viscosidad extremadamente alta. Cuando se les calienta, tales sustancias no evidencian un punto de fusión,

aunque se ablandan progresivamente, aumentando con relativa rapidez la tendencia a una deformación permanente bajo carga. Los sólidos amorfos pueden ser considerados también como sustancias líquidas sobreenfriadas. En muchos casos pueden ser preparados del estado líquido por enfriamiento, aunque esto es a menudo difícil, debido generalmente a la inestabilidad térmica: las temperaturas necesarias para alcanzar un alto grado de fluidez. Una justificación de que se los considere como líquidos sobreenfriados se refiere al hecho de que sus características de flujo se pueden anticipar extrapolando los valores según la tendencia de la curva de viscosidad. En otras palabras, si un líquido puede ser enfriado rápidamente, sin que cristalice, su viscosidad tiende a aumentar hasta un valor muy elevado. Tan elevado que el flujo bajo una presión moderada puede volverse despreciable y difícil de medir experimentalmente. Este tipo de materiales posee un alto grado de aleatoriedad. La gran pregunta es: ¿cuál es el tipo de desorden y magnitud de este tipo de material? La aleatoriedad se puede caracterizar de distintas formas, por ejemplo: de acuerdo a la geometría del material, al spin, al desorden vibracional de los átomos. Este desorden lo podemos entender mejor al compararlo con la forma estándar de un cristal perfecto, en el que un grupo de átomos se encuentran arreglados como parte de un modelo periódico en tres dimensiones y de extensión infinita. Con esta definición, para que un material sea considerado como un cristal imperfecto le bastaría ser simplemente finito, con claros defectos en su estructura geométrica como: vacancias, huecos intersticiales, dislocaciones atómicas, (de cualquier modo la forma de desorden concerniente a ellas son más drásticas por las pequeñas perturbaciones que se producen en su estructura, lo que veremos más adelante). El desorden geométrico debido a la aleatoriedad es producto de la noperiodicidad de su estructura, es por esto que los materiales no presentan un orden de largo alcance. Estos materiales como lo mencionamos anteriormente presentan también una aleatoriedad en el sentido del spin y en su comparación con el spin de los cristales perfectos. En cuanto a la vibración atómica podemos decir que al compararlo con un cristal perfecto (este concepto es solo válido a cero Kelvin), sabemos que ellos están afectos al movimiento aleatorio de sus átomos cerca de la posición de equilibrio destruyendo la perfecta periodicidad del cristal perfecto cuando es sometido a cualquier temperatura finita. Este desorden vibracional no se traduce en un completo desorden geométrico. En resumen podemos decir que los materiales amorfos no tienen periodicidad de largo alcance, pero si hay de corto alcance. El material amorfo más representativo es el vidrio. No debemos olvidar que los materiales amorfos pueden ser obtenidos mediante diversas técnicas (distintas proporciones de

elementos constituyentes según los huecos intersticiales de los átomos de la estructura base). Aunque estos materiales existen desde hace cientos de años, el estudio y desarrollo de ellos se considera reciente y su utilización se considera fundamentalmente porque es un material con buenas propiedades electromagnéticas entre otras y es económico Esta interpretación de las estructuras de los sólidos amorfos, es confirmada por el examen el método de difracción de rayos x. Así pues, si un rayo de luz visible pasa a través de una lámina de vidrio, sobre cuya superficie se ha trazado un número relativamente grande de líneas paralelas, el rayo se desvía dependiendo del ángulo de desviación, de la distancia entre las líneas y del largo de onda de luz. Siendo así los rayos x de escala apropiada son capaces de determinar cuantitativamente la distribución de los átomos en la estructura de los cristales. Por ejemplo: el análisis con rayos x ha evidenciado también que los cristales se dividen en tres clases principales: los cristales nomopolares o covalentes, los cristales polares o heteropolares. Los estudios con rayos x dan espectros de difracción claros y preciso, lo que indica una orientación definida de los átomos o moléculas, los sólidos amorfos por su parte, dan normalmente espectros indefinidos, similares a los de los líquidos, lo que indica una distribución desorganizada, al azar, aunque en casos especiales se obtiene una evidencia de un arreglo parcial (ejemplo: espectro de fibra). El examen con rayos x se ha desarrollado como uno de los más importantes métodos de investigación de sustancias amorfas. Muchos sólidos cristalinos que se deforman reversiblemente, con pequeñas presiones, fluirán como los sólidos amorfos, con grandes presiones. (que se verá a continuación) El grupo de substancias clasificadas como sólidos amorfos, incluye un número extraordinario de gran importancia técnica particularmente para la construcción. Muchos de ellos son mecánicamente resistentes, duros y extraordinariamente resistentes a la acción química y física, poseen propiedades elásticas valiosas.

2. Métodos de Obtención de Sólidos Amorfos Por mucho tiempo se pensaba que sólo una pequeña cantidad de materiales podían ser preparados para formar sólidos amorfos, era común referirse a estas sustancias como "especiales", como " sólidos formadores de vidrios" (por ejemplo: óxidos de vidrio y los polímeros orgánicos). Esta noción es errónea, y hoy se conoce como una propiedad universal de la materia , se le llama la capacidad o tendencia a formar sustancias amorfas. El estado de sólido amorfo es ubicuo. La tabla 2.1 presenta un listado de sólidos amorfos con su respectivo tipo de enlace y la temperatura representativa de su transición a estado amorfo (ya que se trata de una vecindad de temperaturas más precisamente).

Tabla 2.1 Algunos sólidos amorfos, su tipo de enlace y su temperatura crítica de formación del amorfo. Sustancia Amorfa

Tipo de Enlace

Tg (°K)

Sustancia amorfa

Tipo de Enlace

Tg (°K)

SiO2

1430

Poliestireno

Polimérico

370

GeO2

Covalente Covalente Covalente

820

Se

Polimérico

310

Si, Ge

Metálico

-

Au0.8 Si0.2

Metálico

290

Pd0.4 Ni0.4 P0.2

Iónico

580

H2O

Enlace de H

140

BeF2

Covalente

570

C2H5OH

Enlace de H

90

470

Isopentano

Van der Waals

65

Fe,Co,Bi

Metálico

-

As2S3

La idea correcta (expresado pe por D. Turnbull en un paper en el año 1969) es el siguiente: "Probablemente todos los materiales pueden, si se enfrían con la suficiente rapidez y lejanía de la temperatura crítica, ser transformados en sólidos amorfos". Este punto de vista ha sido ampliamente apoyado en los últimos años, por la gran variedad de materiales de los cuales se han obtenido sólidos amorfos. Evidentemente, la mejor muestra a la ubicuidad de este estado de la materia condensada son las aleaciones metálicas. Porque los metales tienden a ordenarse en estructuras simples (existen muchas maneras de estructurarse en cristales), la proliferación de aleaciones o vidrios metálicos muestra el importante desarrollo de la experimentación en este campo. Tradicionalmente, los "formadores de vidrios" han sido materiales asociados con una clase de estructura molecular muy compleja, como los vidrios orgánicos compuestos por grupos de cadenas poliméricas. Los metales han sido estudiados por su simpleza y facilidad de generación de sustancias amorfas. Existen varios métodos de obtención de ese tipo de material, pero el más antiguo y más usado hoy en día es el de la fundición templada. Este método tiene algunas variaciones que han llevado a otros métodos como son: 4.1. Templado al aire 4.2. Templado con líquido 4.3. Bloque congelador (en el que se distinguen el "splat-cooling" y el templado giratorio o extracción)

4.4. Evaporación 2.-ESTRUCTURA AMORFA: cuando las partículas se sitúan en el espacio de forma desordenada En cristalografía, rama de la física de los sólidos, tradicionalmente se distinguen dos tipos de estructura: amorfa y cristalina. La estructura amorfa, de la que el vidrio es un ejemplo habitual, se presenta como un amontonamiento caótico de subestructuras idénticas. La estructura cristalina se presenta en forma de repetición de subestructuras estrictamente periódicas, en las que domina el paralelismo; el cuarzo es el ejemplo más habitual. Por otra parte, en los cristales se distingue un orden a larga distancia, con una organización rigurosamente periódica de las subestructuras, en tanto que en las estructuras amorfas, las subestructuras siguen líneas quebradas al azar y el orden sólo se discierne a corta distancia. En la difracción también se refleja esta diferencia; la imagen que produce un haz de partículas -fotones, electrones, neutrones- que incide en un cristal amorfo conlleva un punto de impacto central, que corresponde a las partículas no desviadas, rodeado de anillos que corresponden a las distancias medias que son las más frecuen Los materiales de laL fase amorfa (sustancias pécticas, hemicelulosas y proteínas) son transportados por orgánulos celulares denominados dictiosomas.tes entre los átomos. Fase amorfa. Formada por hemicelulosas, polisacáridos no celulósicos [xilana, glucana, galactana, manana, fructana], compuestos pécticos y glucoproteínas. Puede lignificarse. El análisis de difracción de rayos X revela una estructura amorfa, conteniendo trazas de níquel. La microscopia electrónica de barrido muestra escasos sitios cristalinos con tendencia a un arreglo hexagonal  http://.tripod.com "Polímeros"  http://www.fvet.uba.ar (Universidad de Buenos Aires). http://html.rincondelvago.com/materia-mineral.html http://www.biologia.edu.ar/botanica/tema7/7-3pared2.htm