En el curso de Tecnología de Materiales aprendí que la naturaleza tiene una premisa casi secreta: existen imperfecciones en absolutamente todo y no son algo que se deba apreciar de manera negativa.
Pero empecemos por el inicio… Dentro de la ingeniería los
materiales se clasifican en metales y no metales: polímeros, cerámicos y
compuestos. Estos a su vez, presentan en particular diferentes propiedades y
estructuras cristalinas, las cuales permiten volver a realizar diversas subclasificaciones.
¿Pero qué son las estructuras cristalinas? ¿Y por qué son
tan importantes para entender el tema?
ESTRUCTURA CRISTALINA
Verán, en cualquier material existente, encontramos un “orden
de empaquetamiento”, es decir: como
se organizan los átomos, iones o moléculas que le conforman; esto es lo que se
conoce como una estructura cristalina. La cual se estudia a
partir de una celda unitaria, que es repetitiva, ordenada y simétrica.
Para un mejor entendimiento, imaginemos que tenemos un cubo
de Rubik, el cual jugará el papel de estructura cristalina. Dentro de ese cubo,
tenemos varios vértices que crean los cuadros más pequeños, estos puntos serán
los átomos. Y, por último, la celda unitaria será uno de los cuadritos.
Existen 7 tipos de sistemas
cristalinos y 14 tipos de celdas unitarias (Redes de Bravais), en las cuales no
voy a profundizar porque me extendería demasiado, pero es necesario mencionarlas para entender que no todos los sólidos cristalinos son iguales.
IMPERFECCIONES Y/O DEFECTOS
Al ver esto en clase, pensé que las estructuras cristalinas
se podían encontrar en condiciones comunes, así perfectitas e ideales como las
había estado estudiando. Sin embargo, me equivoque. Al indagar un poco más allá
de la clase, llegue a entender que esto era posible solamente si el cristal se
encontraba a una temperatura ideal de -273°C y que aparte, no era factible para la
ingeniería crear cristales 100% puros. Y fue así, como termine uniendo esta
clase a la siguiente: las imperfecciones o defectos.
Todo en la naturaleza tiene defectos e imperfecciones, los
materiales no son la excepción. En ellos se pueden encontrar los siguientes
defectos:
- Defectos Puntuales: en términos sencillitos, estos defectos se dan al exponer el material a temperaturas variados provocando que los átomos que crean la celda unitaria empiecen a danzar de un lado a otro. Este bailecito por culpa de la energía (temperatura), se puede llegar a mencionar por algunos autores como "excitación de los átomos" o "vibraciones". Las consecuencias de esta fiesta de átomos son:
ü
Defecto Schottky: lo podemos encontrar como vacantes o lagunas, es decir, espacios vacíos muy notables que hacen que la celda unitaria pierda simetría y ordenamiento. Es conocido también como defecto de vacancia. ü Defectos intersticiales: aquí, por otro lado, se presentan átomos de más que no deberían estar ahí.
ü
Defecto de Frenkel: en esta ocasión encontramos los dos defectos anteriores. Lo cual suele suceder con frecuencia.
- Defectos Bidimensionales: Son defectos asociados a la estructura y a la distribución de
los puntos dentro del plano cartesiano. Constituidos por:
ü Dislocaciones: en sencillas palabras, se
presentan cuando la distribución de los puntos dentro del plano es extraña,
tanto en ubicación como en orientación. Surge por la tensión termomecánica del
cristal o por acumulación de defectos puntuales. De este tipo de defecto
podemos encontrar tres variantes, como se muestra en la siguiente imagen.
ü Stacking Faults: Conocidos también como defectos de
apilamiento. Podemos decir, que son la unión o surgimiento de capas dentro del
cristal.
ü Twins: llamados planos de simetría o de composición, aparece
por el cambio de orientación del cristal a partir de los puntos que le
conforman. Esto provoca que se presentes dislocaciones u otro tipo de defectos,
alterando así la estructura completamente.
ü Defectos de Deslizamiento: Asociados al deslizamiento de una capa del
cristal sobre otra y en este caso no aparecen más defectos. Suele suceder con
demasiada frecuencia que no toda la capa se desliza, solo una parte de ella,
creando así tensiones y por ende, dislocaciones.
- Defectos Superficiales: En este caso nos centramos más que nada en superficies importantes del cristal.
ü Fronteras de Grano: es la separación entre dos tipos de granos/átomos/planos reticulares orientados de manera diferente. Esto suele suceder con las inclusiones de un material nuevo o una variante del mismo material, al cristal original.
ü Superficies Laterales: en términos más simples, para no profundizar muchísimo en tecnicismos, se presentan cuando un enlace atómico se rompe o cuando se pierde la frecuencia de la orientación de los átomos del cristal.
APLICACIÓN
Cada uno de esos defectos nos brinda una oportunidad diferente para experimentar, crear y aprender de los materiales, para darles un mayor aprovechamiento. Por ejemplo, en las aleaciones: si dentro de la estructura del hierro tenemos vacancias le agregamos carbono para ocupar los espacios, creando así aceros y fundiciones según el porcentaje de carbono añadido. Y con estos materiales, tan comunes, es posible construir los cimientos de casas, puentes, escuelas, autos y muchas cosas más. De igual manera, estos defectos nos permiten crear materiales semiconductores de mejor calidad, los cuales son utilizados en circuitos eléctricos de todo tipo (celulares, automóviles, tablets, el refrigerador, etc).
La realidad es que, actualmente existe una amplia variedad de situaciones en las que esto es utilizado y de las cuales hablaré con mayor profundidad en otras publicaciones especiales para cada una de ellas.
APRENDIZAJE PERSONAL
Los seres humanos al ser parte de esta naturaleza en la cual los defectos son una premisa, no somos inmunes a presentarlos. Lo que ahora sé , es que tener defectos no nos hace menos buenos o menos aptos para la vida, pero si es importante saber de que manera aprovecharlos o trabajarlos.
No fui, soy, ni seré inmune a este tipo de problema, principalmente porque desde que tengo memoria, voy corriendo detrás de un imposible: la perfección. Creía que de alguna manera podía existir un punto donde todo pareciera perfecto... hasta que me di contra la pared y la venda se cayó, dejándome ver la realidad de las cosas. Nunca estaré conforme, jamás voy a sentir que he llegado a ese clímax de perfección simplemente porque no existe. Y que mis defectos, aunque puedan parecer malos a veces pueden trabajarse, modificarse o aprovecharse, tal como sucede con cualquier material: eliminando o añadiendo nuevas cosas.
Somos como materiales, debemos aprender a analizar quienes somos, que fallas tenemos y de que manera podemos fortalecernos mediante estas, como se ha llegado a hacer con todos los materiales que conforman lo que nos rodea o lo que nos ayuda en nuestro día a día a salir adelante. Por ejemplo, al entrar en ingeniería yo no sabía nada de electricidad ni de mecánica, mis conocimientos giraban entorno a la programación y la administración, sin embargo eso no me ha desanimado, más bien me ha llevado a querer aprender con más ganas, con mayor entusiasmo y me ha vuelto una curiosa en su máximo apogeo.
Recordemos que como uno decida ver esas imperfecciones es como las exteriorizara y comunicara al mundo. En mi caso, pude haberme hecho pequeñita entre mis compañeros que sí saben e ir diciendo que no entiendo nada, que no voy a poder con la profesión... para al final, solita desanimarme y buscar otra carrera, aunque en el fondo sea consciente de que pertenezco a la ingeniería que elegí.
También debemos ser capaces de identificar que personas nos rodean y como nuestra relación con ellos puede crear aleaciones o por el contrario, perjudicarnos (en ambos sentidos). Ya que todo lo que hacemos, vemos, escuchamos, consumimos, pensamos y estudiamos nos convierte en la persona que seremos mañana.
Referencias:
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Docplayer.es. https://docplayer.es/51917057-Estructura-cristalina.html
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Sitio web: https://teams.microsoft.com/l/file/83484332-F9CC-4ED1-
89DE0C62F47F6D1A?tenantId=d529c62c-ebb4-44e3-
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Defectos Estructurales de los Cristales. (2010, 13 enero). TextosCientíficos.com. https://www.textoscientificos.com/quimica/cristales/defectos#:~:text=Como%20defectos%20puntuales%20de%20naturaleza,que%20no%20es%20un%20punto
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