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Celdas unidad de metales en 3D – cúbica simple, BCC, FCC y HCP

QuímicaEnlace químicoEdades 17–18

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Un modelo 3D que puedes girar de una celda unidad: cúbica simple, cúbica centrada en el cuerpo, cúbica centrada en las caras y hexagonal compacta. Las vistas cortada y separada muestran la fracción de cada átomo dentro de la celda (vértice 1/8, cara 1/2, interior 1; vértice hexagonal 1/6), y una tabla de recuento da el número de átomos por celda Z, el número de coordinación, la relación entre la arista a y el radio atómico r, la eficiencia de empaquetamiento y la densidad de metales de ejemplo (Po, Na, Fe, W, Cu, Al, Au, Mg, Zn, Ti…).

Lección: Estructuras cristalinas metálicas: celdas cúbica simple, cúbica centrada en el cuerpo, cúbica centrada en las caras y hexagonal compacta; átomos por celda, número de coordinación, eficiencia de empaquetamiento

Qué muestra

Una celda unidad es la caja más pequeña que se repite en un cristal. Los átomos de sus vértices, aristas y caras se comparten con las celdas vecinas, así que solo 1/8, 1/4 o 1/2 de cada uno pertenece a la celda, y 1/6 en el vértice de una celda hexagonal. Este modelo 3D corta los átomos en las paredes de la celda o separa las piezas para contarlas: cúbica simple 1, BCC 2, FCC 4 y hexagonal compacta 6 átomos por celda. Muestra dónde se tocan los átomos, relaciona la arista a con el radio r y usa parámetros de red medidos para calcular el empaquetamiento y la densidad.

Cómo usarla

Elige una estructura y cambia la vista entre Cortado a la celda, Piezas separadas, Átomos enteros y Átomos pequeños para contar las fracciones y comprobar la tabla. Marca Línea de contacto para ver dónde se tocan los átomos y deducir a a partir de r, y Número de coordinación para contar los vecinos más cercanos, también en celdas vecinas. Elige un metal y pide a tus estudiantes que calculen su densidad a partir de a antes de leer el resultado.

Parámetros que puedes cambiar

  • Estructura cristalina Cúbica simple (CS), Cúbica centrada en el cuerpo (BCC), Cúbica centrada en las caras (FCC), Hexagonal compacta (HCP)
  • Metal de ejemplo (si tiene otra estructura, se usa el primer metal de la estructura elegida) Polonio α (Po) – cúbica simple, Sodio (Na) – BCC, Potasio (K) – BCC, Hierro α (Fe) – BCC, Cromo (Cr) – BCC, Wolframio (W) – BCC, Cobre (Cu) – FCC, Aluminio (Al) – FCC, Plata (Ag) – FCC, Oro (Au) – FCC, Níquel (Ni) – FCC, Magnesio (Mg) – HCP, Cinc (Zn) – HCP, Titanio α (Ti) – HCP
  • Vista Cortado a la celda, Átomos enteros, Piezas separadas, Átomos pequeños
  • Mostrar número de coordinación
  • Mostrar línea de contacto

Preguntas para explorar

  1. ¿Por qué una celda cúbica centrada en las caras contiene solo 4 átomos aunque 14 átomos tocan la celda?
  2. ¿En qué dirección se tocan los átomos en una celda BCC y qué relación da eso entre a y r?
  3. ¿Por qué la estructura BCC está menos empaquetada que la FCC y la hexagonal compacta?

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