Qué es Cúbico centrado en las caras (FCC)

¿Qué significa Cúbico centrado en las caras (FCC)?

La cúbica centrada en las caras (también conocida como FCC, cF, cúbica compacta o CCP) es el nombre que se le da a un tipo de disposición atómica que se encuentra en la naturaleza. Una estructura de celda unitaria cúbica centrada en las caras consta de átomos dispuestos en un cubo donde cada esquina del cubo tiene una fracción de un átomo con seis átomos completos adicionales colocados en el centro de cada cara del cubo.

Los átomos en la esquina del cubo se comparten con otras ocho celdas unitarias. Como tal, cada átomo de esquina representa una octava parte de un átomo.

Los átomos en cada cara de la celda unitaria se comparten con las celdas unitarias adyacentes; por lo tanto, cada átomo de la cara representa la mitad de un átomo.

Usando este concepto, el número total de átomos en la estructura de la celda unitaria de FCC es cuatro: seis mitades en cada una de las caras más ocho átomos de un octavo en las esquinas. Esto se ilustra en la siguiente ecuación:

(1/2 átomos x 6 caras) + (1/8 átomos x 8 esquinas) = ​​4 átomos

Los átomos en la disposición de celdas unitarias de FCC están empaquetados más cerca que en otras disposiciones de celdas (como la disposición cúbica centrada en el cuerpo). [BCC], que es el arreglo de celda unitaria simple). Debido a su disposición de empaque, los metales FCC suelen ser más blandos y dúctiles que sus contrapartes BCC, lo que puede ser un factor importante al seleccionar materiales para una aplicación determinada.

industriapedia explica el cúbico centrado en la cara (FCC)

Los átomos de metal se empaquetan naturalmente en una disposición cercana para formar el enlace metálico más fuerte posible. En la naturaleza, son posibles varios arreglos de empaque, incluido el arreglo cúbico centrado en las caras.

Una de las características definitorias de FCC es que los átomos se empaquetan lo más juntos posible teóricamente; los átomos de una capa se anidan cómodamente en el espacio vacío de cada capa adyacente.

Esta disposición de empaquetamiento cerrado se cuantifica en la densidad de empaquetamiento de FCC.

Algunos metales que poseen esta estructura cristalina incluyen aluminio, oro, plomo, platino, iridio y plata.

Densidad de empaquetamiento

La densidad de empaquetamiento, también conocida como factor de empaquetamiento atómico (APF), es esencialmente la fracción del volumen de átomos que ocupan una estructura cristalina.

El APF de una estructura FCC es igual al volumen de los átomos en la celda unitaria dividido por el volumen de la celda unitaria.

Por lo tanto:

AFP_FCC = V_átomos/V_{celda unitaria}

Como cada átomo se representa como una esfera y la celda unitaria es un cubo:

AFP_FCC = n·V_esfera/V_cubo (donde n = número de átomos calculado previamente)

AFP_FCC = (4 x 4/3πr³)/a³

Para desglosar aún más esto, podemos expresar "a" en términos de "r".

Usando el Teorema de Pitágoras: a² + un² = (4r)²

Resolviendo para "a" obtenemos, a = 2√2.r

Tomando este resultado para "a" y poniéndolo de nuevo en la fórmula de APF, la ecuación se convierte en:

AFP_FCC = (4 x 4/3πr³)/ (2√2.r)³

Cancelando términos comunes, obtenemos APF_FCC = 0,74. En otras palabras, el 74% del volumen de la celda unitaria está ocupado por átomos. Este valor se denomina empaquetado compacto porque no es posible empaquetar los átomos más cerca para lograr un APF más alto. Algunos metales que poseen una estructura cúbica centrada en las caras son el cobre, el aluminio, la plata y el oro.

Para el hierro, el enrejado El arreglo es un cubo unitario con ocho átomos de hierro en sus esquinas. La alotropía del hierro es importante en los aceros, es decir, su existencia en dos formas cristalinas. En el caso de la disposición cúbica centrada en el cuerpo (BCC), hay un átomo de hierro adicional en el centro de cada cubo. En la disposición cúbica centrada en las caras (FCC), hay un átomo de hierro adicional en el centro de cada una de las seis caras del cubo unitario.

Cabe señalar que los lados del cubo centrado en las caras, o las distancias entre celosías vecinas en el caso de la estructura FCC, son aproximadamente un 25 % más grandes que en la disposición BCC. Esto significa que hay más espacio en la estructura FCC que en la BCC para mantener átomos extraños (es decir, aleantes) en solución sólida.