Aleaciones Sustitucionales e Intersticiales

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.

1. 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.

2. 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.

Tabla 1. Comparación de aleaciones sustitucionales e intersticiales, StudySmarter Original.

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.

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.

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.