Temperatura de cristalizacinLacristalizacines un proceso por el cual a partir de ungas, unlquidoo unadisolucin, losiones,tomosomolculasestablecenenlaceshasta formar unared cristalina, la unidad bsica de uncristal. La cristalizacin se emplea con bastante frecuencia enQumicapara purificar unasustanciaslida.Cuando preparamos unadisolucin concentradaa una temperatura elevada, y seguidamente la enfriamos, se formar unadisolucinconocida como sobresaturada, siendo las disoluciones que por un momento tienen mssolutodisuelto del que sera posible por la disolucin en concreto a una temperatura concreta en estado de equilibrio. Despus podemos conseguir que se cristalice la disolucin a travs de un enfriamiento bajo control. Sobretodo cristaliza el compuesto inicial, lo que hace enriquecer las llamadas, aguas madres, con impurezas que se encuentran presente en la mezcla principal al no poder llegar a su lmite de solubilidad.Para poder usar esta tcnica de purificacin debe existir un cambio importante de solubilidad con respecto a la temperatura, cosa que no ocurre siempre. Por ejemplo, el cloruro sdico (la sal marina), posee una solubilidad de alrededor de 35 g/100 para las temperaturas comprendidas entre 0 a 100C, lo cual provoca la cristalizacin por cambio de temperatura sea de poco inters, pero esto no ocurre para todas las sales, como por ejemplo, para el KNO3. Cuando ms grande sea la diferencia de solubilidad con respecto a la temperatura, mejores rendimientos se podrn conseguir. A nivel industrial, estos procesos pueden aadir otros procesos de purificacin como por ejemplo, el filtrado, ladecantacin, etc. Despus de realizar este procedimiento, el material queda puro por completo.Cuando preparamos una disolucin concentrada de cualquier sustancia en un disolvente bueno, y aadimos un disolvente menos adecuado que se pueda mezclar con el primero, el primer disolvente del slido disuelto empieza a sufrir una precipitacin, lo que hace ms ricas lasaguas madresdebido a las impurezas, por ejemplo, se puede separar el cido benzoico en una disolucin, en acetona al aadir agua.De igual manera, si hacemos evaporar el disolvente que hay en una disolucin, conseguiremos iniciar la cristalizacin de los slidos que se encontraban disueltos cuando se llega a los lmites de las respectivas solubilidades. Dicho mtodo ha sido usado desde antiguo para lafabricacin de sal, partiendo de la salmuera o tambin desde el agua de mar.En determinados compuestos, la presin de vapor que tiene un slido podra llegar a ser lo suficientemente elevado como para poder evaporar cantidades considerables del compuesto en cuestin sin llegar a su punto de fusin, a lo que se le da el nombre desublimacin. Los vapores que se forman, se condensan en las partes ms fras que se ofrecen en forma de lo que se conoce como, dedo fro por ejemplo, pasando generalmente del estado gas al slido, lo que se conoce como sublimacin regresiva, lo que hace que se separe de las impurezas posibles que puedan haber. Al seguir este tipo de procedimiento, se pueden conseguir slidos puros de sustancias que consiguen sublimizar con facilidad como es la cafena, el azufre, cido saliclico, etc.Otra forma de cristalizacin, o de purificacin, es a travs de la fundicin del slido. El lquido que obtenemos en el proceso, cristaliza en primer lugar el slido en estado puro, lo que hace que se enriquezca, despus cristaliza la fase lquida. Este proceso se conoce como enfriamiento selectivo de un slido previamente fundido.La parte ms importante del proceso de cristalizacin, es elcrecimiento de los cristales. Las formas o los diferentes tamaos que adquieran los cristales se deben a distintas condiciones, como por ejemplo el disolvente que se use o la concentracin utilizada de los diferentes compuestos. Los cristales crecen formando capas de molculas entorno a un cristal inicial.El efecto de la temperatura sobre la cristalizacin de los polmeros es conflictivo. Por una parte, se requieren temperaturas altas para impartir a las molculas polimricas suficiente energa cintica (movilidad) y que puedan acomodarse en la red cristalina. Pero slo a bajas temperaturas van a permanecer en forma estable en los cristales.El balance entre esas dos condiciones produce una velocidad mxima de cristalizacin a una temperatura intermedia.Factores que determinan el grado de cristalinidad:Influencia de la cristalinidad sobre las propiedades.Existen dos factores estructurales que favorecen la cristalizacin en los polmeros.

La regularidad de la estructura molecular hace posible que las molculas se acomoden en una red cristalina.La polaridad de las molculas aumenta la atraccin entre cadenas adyacentes y, en consecuencia, la atraccin que tiende a colocarlas ordenadamente en el cristal y mantenerlas firmemente en l.Factores cinticos que controlan la cristalizacin:La velocidad de cristalizacin de los polmeros depende de factores cintico que afectan la capacidad de los segmentos de cadena, para acomodarse en sus posiciones dentro de la red cristalina.Esos factores son:1. Flexibilidad de las molculas.2. Condiciones de la cristalizacin.

Proceso de cristalizacinEn los metales yaleacioneslquidas, calentados considerablemente por encima de su punto de fusin, los tomos se agrupan a azar, de modo irregular y son portadores de elevada energa y movimiento. A medida que el lquido se enfra y se acerca al punto de solidificacin, la energa de algunos tomos puede haber disminuido y con ello su movilidad dentro de la masa, de tal forma que pueden ocupar, respecto a los otros, una posicin ms orientada, lo que se asemeja a su disposicin en el metal slido.

Una vez alcanzada la temperatura de solidificacin, estos grupos aislados de tomos pueden haber quedado ya orientados y enlazados como el cristal elemental, adquiriendo una estructura rgida de orientacin los unos respecto a los otros. Los tomos vecinos pueden, una vez perdida la energa trmica necesaria, irse agregando al cristal elemental formado, formando nuevos cristales elementales unidos y comenzar dentro de la masa lquida a formar redes cristalinas en crecimiento. Estos cristales en crecimiento, cuando alcanzan cierto tamao se convierten enncleos de cristalizacin, y a su alrededor comienza a tejerse la red cristalina, a medida que ms y ms tomos van perdiendo energa con el enfriamiento.

Como la formacin de los ncleos de cristalizacin puede comenzar indistintamente en cualquier parte de la masa lquida, los cristales pueden comenzar a crecer en mltiples lugares simultneamente.En el proceso de cristalizacin, mientras que el lquido circunde al cristal ya formado y creciente, este va manteniendo una forma relativamente correcta, los tomos vecinos se van enlazando en la posicin adecuada y la red cristalina se incrementa manteniendo su geometra. Sin embargo, debido a que la transferencia de calor del material fundido puede ser diferente en diferentes direcciones; por ejemplo, mayor hacia las paredes de molde o recipiente, la red cristalina puede ir creciendo en unas direcciones ms que en otras por lo que los cristales van adquiriendo una forma alargada y se constituyen en los llamadosejes de cristalizacin.A partir de los primeros ejes, en direcciones perpendiculares tiene lugar el crecimiento de nuevos ejes. A partir de estos nuevos ejes, tambin en direcciones perpendiculares, crecen otros ejes, que por su parte dan lugar a otro etc. Las ramas formadas van creciendo en direccin de su engrosamiento y multiplicacin progresivos, lo que conduce a la interpenetracin y formacin del cuerpo slido.

Este tipo de cristalizacin, que recuerda a un cuerpo ramificado, se conoce comodendrtico, y el cristal formadodendrita.En el transcurso de su crecimiento dentro de la masa lquida, los cristales empiezan a entrar en contacto, lo que impide la formacin de cristales geomtricamente correctos, por consiguiente, despus de la solidificacin completa, la forma exterior de los cristales formados adquiere un carcter casual. Tales cristales se denominangranosy los cuerpos metlicos, compuestos de un gran nmero de granos, se denominanpolicristalinos.Los tamaos de los granos dependen de la velocidad con que se forman y crecen los ncleos.Tanto la velocidad de formacin de los ncleos como la velocidad de su crecimiento dependen en gran grado de la velocidad de enfriamiento y de la temperatura de sobrefusin.

A mayor sobrefusin, mayor posibilidad de que se produzcan las condiciones, en diferentes zonas del lquido, para el surgimiento de los ncleos de cristalizacin.

Un enfriamiento rpido conduce a la formacin de muchos ncleos y con ello a un tamao del grano menor que con lento enfriamiento.De esta caracterstica se desprende que si se pudiera lograr un enfriamiento lo suficientemente lento, la masa del metal pudiera estar formada por un pequeo grupo de granos casi geomtricamente perfectos. Estas condiciones fueron posibles probablemente en el lento enfriamiento de las rocas en la corteza terrestre, y por tal motivo, en ocasiones, pueden encontrarse en la naturaleza grandes cristales de exacta geometra entre las rocas.

Defectos de las redes cristalinasLa estructura de los cristales reales se diferencia de los citados anteriormente. En los metales se encuentran impurezas que influyen sobre el proceso de cristalizacin y que deforman la red espacial del cristal.Defectos puntiformesEn algunos nudos de la red cristalina debido al contacto entre los cristales en crecimiento que impide el enlace correcto, los tomos pueden faltar, y en consecuencia el cristal elemental queda deformado. Esos nudos no ocupados por los tomos se llamanvacancias.Al contrario, a veces en el cristal elemental puede encontrarse un tomo sobrante que queda atrapado en la solidificacin, en este caso tampoco puede formarse el cristal elemental de manera correcta. Tales tomos se llamantomos intersticiales.

Tanto las vacancias como los tomos intersticiales y los tomos ajenos se conocen comodefectos puntiformes.Defectos lineales o dislocaciones: imperfecciones unidimensionalesCuando se forma un cristal ideal de determinado metal, la estructura cristalina; por ejemplo centrada en las caras, resulta ser la configuracin espacial ms estable a esa temperatura y por ello, las fuerzas de cohesin entre los tomos del cristal son las mayores posibles, el metal puede haber alcanzado su mayor resistencia mecnica.

En la prctica, a la hora de elaborar una pieza metlica desde el material fundido, las condiciones reales de cristalizacin se apartan en mucho de las ideales, en este caso:1. En el metal siempre hay impurezas.2. Las temperaturas de fusin son altas.3. Las velocidades de enfriamiento relativamente altas.4. La transferencia de calor de la masa fundida al medio es diferente en diferentes direcciones.5. Las partes ms cercanas a las paredes del molde se enfran a una velocidad mucho mayor que las mas interiores.Cada una de estas condiciones perturbadoras produce cambios a la red cristalina y dan lugar a la formacin de los granos (cristales imperfectos). En los planos de unin de los granos, las fuerzas de cohesin del material se ven notablemente disminuidas, all el enlace atmico es ms dbil ya que no puede alcanzarse la forma ms estable de unin atmica.Hay que agregar a esto, el hecho de que una parte considerable de las impurezas se segregan en el material hacia esas zonas limtrofes de los granos lo que reduce an ms su estabilidad.De esta forma dentro del metal solidificado se producen zonas de resistencia y estabilidad reducida, que comnmente bordean los granos del material. Estas zonas se conocen comodislocaciones.La presencia de las dislocaciones en la estructura cristalogrfica de los metales est directamente relacionada con la capacidad de estos de resistir deformaciones plsticas sin romperse. Estas dislocaciones se convierten el planos de deslizamiento en las zonas lmites de los cristales.Si se obtuviera un cristal metlico libre de dislocaciones, entonces la deformacin plstica de tal cristal se dificultara, puesto que tendra que deformarse la estructura atmica muy estable del cristal que tiene la mxima resistencia. Probablemente se producira la rotura del material al deformarlo una cantidad significativa como sucede con materiales altamente cristalinos como el diamante.

Defectos de superficie: imperfecciones bidimensionalesLos defectos puntuales y los defectos lineales son una muestra de que los materiales cristalinos no pueden estar libres de imperfecciones. Estas imperfecciones existen en el interior de cada material. Pero tambin debe considerarse que la cantidad de cualquier material es finita, y que est contenida dentro de alguna superficie frontera. Esta superficie es, en s misma, una discontinuidad en el apilamiento de los tomos del cristal. Existen varios tipos de defectos de superficie, que se describirn brevemente, comenzando con el ms sencillo geomtricamente.En la Figura 4.15 se presenta una macla, que separa dos regiones cristalinas que son, estructuralmente, imagen especular una de otra. Esta discontinuidad en la estructura, altamente simtrica, puede producirse por deformacin (por ejemplo, en metales bcc y hcp) y por recocido (por ejemplo, en metales fcc).No todos los materiales cristalinos presentan maclas, pero todos deben tener una superficie. En la Figura 4.16 se muestra una vista sencilla de la superficie cristalina, que es algo ms que el final abrupto de la disposicin ordenada de los tomos. Debera indicarse que esa ilustracin esquemtica revela que los tomos de la superficie son ligeramente diferentes a los tomos del interior (o del volumen). Este es el resultado de los diferentes nmeros de coordinacin de los tomos de la superficie, lo que implica distintas fuerzas de enlace y alguna asimetra.

Slidos no cristalinos: Defectos tridimensionalesAlgunos materiales para ingeniera no presentan una estructura cristalina, repetitiva. Estos slidos no cristalinos, o amorfos, son imperfectos en tres dimensiones. En el vidrio se mantiene el bloque bsico del cristal (el tringulo AO3- ), es decir, se retiene el orden de corto alcance (SRO, short-range order). Sin embargo, el orden de largo alcance (LRO, long-range order\ esto es, la cristalinidad, se pierde. El modelo de Zachariasen es la definicin visual de la teora de redes aleatorias de la estructura del vidrio, la anloga de los puntos reticulares asociados a la estructura cristalina.El primer ejemplo de slido no cristalino fue el vidrio de xido tradicional, ya que muchos xidos (especialmente los silicatos) son fciles de encontrar en estado no cristalino. Esto es resultado directo de la complejidad de las estructuras de los cristales de xido. Enfriando rpidamente un silicato lquido o permitiendo que un vapor de silicato condense sobre un sustrato fro, se congela la disposicin aleatoria de los bloques bsicos de silicato (los tetraedros de SO4-). Debido a que muchos vidrios de silicato se han obtenido por enfriamiento rpido desde el estado lquido, el trmino lquido superenfriado suele emplearse como sinnimo de vidrio. En realidad existe una diferencia, ya que el lquido superenfriado es el material enfriado justo por debajo del punto de fusin, donde todava se comporta como un lquido (esto es, deformndose mediante un mecanismo de flujo viscoso).El vidrio es el mismo material enfriado hasta una temperatura lo suficientemente baja para convertirse verdaderamente en un slido rgido (esto es, deformndose mediante un mecanismo elstico). Los semiconductores con una estructura similar a la de algunos cermicos pueden obtenerse tambin en forma amorfa. Existe una ventaja econmica en la preparacin de los semiconductores amorfos sobre los monocristales de alta calidad. Una desventaja es la mayor complejidad de las propiedades electrnicas. Quiz los slidos no cristalinos ms intrigantes sean los nuevos miembros de esta clase, los metales amorfos, tambin denominados vidrios metlicos. Debido a que las estructuras cristalinas metlicas en la naturaleza son generalmente sencillas, pueden formarse con bastante facilidad. Para evitar la cristalizacin es preciso enfriar los metales lquidos muy rpidamente. En los casos tpicos es necesario emplear velocidades de enfriamiento de l C por microsegundo.Se trata de un proceso caro, pero potencialmente til a causa de las propiedades nicas de estos materiales. Por ejemplo, la uniformidad de las estructuras no cristalinas elimina los bordes de grano asociados a los metales policristalinos tpicos. El resultado es una resistencia mecnica inusualmente alta y una excelente resistencia a la corrosin.