Las aleacionesintersticiales se forman cuando los elementos mezclados en la aleación tienen radios atómicos diferentes, y los átomos más pequeños rellenan los espacios intersticiales (huecos) en la estructura reticular de los átomos más grandes.
Las aleacionessustitutivas se forman cuando los elementos mezclados en la aleación tienen radios atómicos similares. Los átomos de un elemento pueden sustituirse en la estructura reticular cristalina del otro elemento.
- Este artículo trata sobre las aleaciones sustitucionales e intersticiales.
- Vamos a empezar explicando qué son las aleaciones intersticiales y sustitucionales
- A continuación, compararemos las aleaciones intersticiales y sustitucionales y veremos las diferencias esenciales entre ellas.
- A continuación, profundizaremos en las ventajas de las aleaciones sustitutivas
- Partiendo de nuestra base de conocimientos sobre estas aleaciones,investigaremos a continuación las propiedades de las aleaciones intersticiales y sustitutivas
- Por último, veremos ejemplos de aleaciones sustitutivas e intersticiales
Si no estás familiarizado con la estructura de la red cristalina de metales y aleaciones, ¡dirígete a Estructura de Metales y Aleaciones para repasarla antes de continuar!
Explicación de las aleaciones intersticiales y sustitucionales
Cuando un metalúrgico mezcla metales, ¿es sólo por casualidad que forman aleaciones útiles? ¡No! Si los metales y otros elementos se han fundido y se están mezclando en sus fases líquidas, se puede utilizar el tamaño relativo de sus átomos para determinar qué tipo de aleación se formará.
Si los átomos de los elementos que se mezclan tienen radios diferentes, se formarán aleaciones intersticiales. Éste es el caso del acero compuesto por hierro y carbono; los átomos de carbono, mucho más pequeños, rellenan los diminutos espacios entre la red cristalina de átomos de hierro.
Si los átomos de los metales que se mezclan tienen radios similares, se formarán aleaciones sustitucionales. El ejemplo más antiguo de aleación sustitutiva es el bronce, formado por cobre y estaño. Algunos de los átomos de cobre de la red son sustituidos por los átomos de estaño.
Pero, ¿qué aspecto tiene esta diferencia de tamaño atómico en la disposición atómica de estas aleaciones? ¡Observemos la disposición atómica del acero comparada con la del bronce para verlo!
Fig. 1: Disposición atómica del acero intersticial y de la aleación de bronce sustitucional, StudySmarter Original.
Recuerda que, aunque las aleaciones tienen proporciones específicas de elementos, a menudo no hay una composición atómica fija, ¡por eso los átomos de estaño y carbono están distribuidos aleatoriamente en ambas imágenes!
Comparar aleaciones intersticiales y sustitucionales
Aunque las aleaciones intersticiales y las sustitutivas son ambos tipos de aleaciones, ¡ya hemos visto una diferencia significativa en cómo se forman! La tabla siguiente enumera las demás diferencias esenciales entre las aleaciones.
Aleaciones sustitutivas | Aleaciones intersticiales | |
Sustitución de átomos | Relleno intersticial | |
Tamaño de los átomos | Átomos de tamaño relativamente igual | Átomos de tamaño diferente Debe haber al menos un 15% de diferencia de tamaño |
Tipos de elementos | Suele darse entre metales | Normalmente, un metal tiene átomos grandes y otro elemento más pequeño que llena los espacios intersticiales. |
Propiedades comparadas con los metales *al final profundizamos en ellas | Resistente a la corrosión, menor punto de fusión, mayor dureza | Menos maleable, menos dúctil, mayor dureza, punto de fusión más alto |
Tabla 1. Comparación de aleaciones sustitucionales e intersticiales, StudySmarter Original.
¡Una forma fácil de recordar la diferencia entre aleaciones intersticiales y sustitutivas es mirar sus nombres!
Sustitutivas= Sustituyenátomos del mismotamaño
Intersticial= Átomos de tamaño inconsistente en los espacios
Ventajas de las aleaciones sustitutivas
Las aleacionessustitutivas no son sólo conceptos químicos, sino que han desempeñado un enorme papel en la conformación de la historia humana. ¿Sabías que la primera aleación sustitucional de la que se tiene constancia lleva el nombre de toda una época de la historia? Es la Edad de Bronce. Durante la Edad de Bronce, la combinación de estaño en cobre para crear bronce demostró ser más fuerte y dura que el cobre por sí solo, lo que provocó una explosión de armas y herramientas de bronce. En los tiempos modernos, ¡el bronce se utiliza en cosas que van desde tornillos a estatuas!
El bronce puede utilizarse en estatuas, armas e instrumentos.
En los tiempos modernos, los beneficios de las aleaciones sustitutivas pueden verse en las joyas de plata de ley (plata y cobre) que llenan las joyerías y en los instrumentos, estatuas y tornillos de bronce. En todos estos ejemplos, las ventajas generales de las aleaciones sustitutivas son que son más duras, resistentes y duraderas que los metales puros. Investigaremos esto más a fondo al examinar las propiedades de ambos tipos de aleaciones.
Propiedades de las aleaciones intersticiales y sustitucionales
Cuando se crean aleaciones, mantienen y mejoran las propiedades metálicas, ¡y estas propiedades pueden manipularse fácilmente! Hasta ahora, hemos insinuado las distintas propiedades de las aleaciones intersticiales y sustitucionales, como la maleabilidad, la durabilidad y la resistencia. Ahora veremos con más detalle estas propiedades y su base química.
Las aleacionesintersticiales tienden a ser:
Menos maleables y dúctiles.
Más duras.
Más resistentes a la corrosión.
Tienen un punto de fusión más elevado.
Las aleacionessustitutivas tienden a:
Seguir siendo maleables y dúctiles.
Ser más duras.
Ser más resistentes a la corrosión.
Tener un punto de fusión más bajo.
La mayoría de los metales no son tan útiles en estado puro. Por ejemplo, el oro puro de 24 quilates es demasiado blando y maleable para la joyería, así que normalmente el oro se alea con plata, cobre, níquel y otros metales para fortalecerlo.
Vemos que las aleaciones, sean del tipo que sean, suelen ser más duras y resistentes a la corrosión que el metal puro de base que tienen. Ésta es una de las principales razones por las que se forman las aleaciones. Los metales puros son químicamente reactivos y se corroen con rapidez. Las aleaciones pueden diseñarse para resistir la corrosión. Un ejemplo de ello es el hierro. El hierro es muy blando, maleable en caliente y se oxida (corroe) rápidamente. Cuando se alea con níquel y cromo, se convierte en acero inoxidable, que es mucho más duro y resistente y no se oxida.
Como las aleaciones intersticiales contienen átomos de distinto tamaño en su interior, la estructura de la red cristalina es más rígida, lo que dificulta el movimiento de los átomos. Esto hace que las aleaciones sean más duras y menos maleables y dúctiles.
Recuerda que la maleabilidad se refiere a la capacidad de un metal para ser martillado en láminas sin romperse, y la ductilidad a la capacidad de un metal para ser estirado en un alambre fino. Ambas propiedades muestran esencialmente lo blando y moldeable que es un metal.
Ejemplos de aleación sustitutiva y aleación intersticial
A lo largo de esta explicación, ¡hemos mencionado algunos ejemplos de diferentes aleaciones! ¡Terminaremos profundizando en los ejemplos más comunes de aleaciones sustitutivas e intersticiales y sus usos!
Algunas aleaciones sustitutivas comunes son
El bronce, que suele tener entre un 78 y un 95% de cobre y entre un 5 y un 22% de estaño, se utiliza en metales para premios, instrumentos musicales, tornillos y estatuas.
La plata de ley, que suele tener un 93% de plata y un 7% de cobre, se utiliza en joyería, instrumentos y utensilios de cocina.
El latón, normalmente un 60-90% de cobre y un 10-35% de zinc, se utiliza en instrumentos musicales, pomos de puertas y cerraduras.
Algunas aleaciones intersticiales comunes son:
Acero, 99% de cobre y 1% de carbono, utilizado en artículos de la vida cotidiana como utensilios, carreteras, puentes
Hierro fundido, 96-98% de hierro y 2-4% de carbono, utilizado en sartenes de hierro fundido
Hemos terminado de ver las aleaciones. A estas alturas, ¡ya deberías ser capaz de diferenciar entre aleaciones sustitutivas e intersticiales a nivel atómico y sus propiedades! Esperamos que hayas aprendido que muchos de los objetos de nuestra vida cotidiana están hechos de aleaciones.
Aleaciones sustitutivas e intersticiales - Puntos clave
- La aleación sustitutiva se forma cuando se mezclanelementos con átomos de radios atómicos similares, y los átomos de un elemento sustituyen a los átomos de otro elemento.
- Suelen estar formadas por metales.
- El bronce y el latón son ejemplos.
- Las aleaciones intersticiales se forman cuando los elementos que se mezclan tienen radios atómicos diferentes y los átomos más pequeños rellenan los espacios intersticiales (huecos) de la estructura reticular de los átomos más grandes.
- Suelen estar formadas por metales y no metales.
- El acero es un buen ejemplo.
- Las aleacionesintersticiales tienden a ser menos maleables y dúctiles, mientras que las aleaciones sustitutivas siguen siendo maleables y dúctiles.
- Ambos tipos de aleaciones pueden crearse para que sean resistentes a la corrosión, más duras y más fuertes que el metal base puro.
Referencias
- "6.7A: Aleaciones sustituyentes". LibreTextos de Química, Libretextos, 12 Dic. 2016
- Brown, Theodore L, H E. LeMay, Bruce E. Bursten, Catherine J. Murphy, Patrick M. Woodward y Matthew Stoltzfus. Química: La Ciencia Central. , 2018.
- Descripción del curso y del examen de Química AP, en vigor en otoño de 2020. (s.f.). 31 de mayo de 2022, de https://apcentral.collegeboard.org/pdf/ap-chemistry-course-and-exam-description.pdf?course=ap-chemistry
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