Metales

Están en la parte izquierda de la tabla periódica.Los de abajo casi no los usamos.

El enlace metálico caracteriza a los metales, da la “metalidad”. Los electrones exteriores están ligados sólo ligeramente a los átomos, formando una especie de “gas electrónico” (nube de electrones), que se conoce como enlace metálico, fuerte. Los átomos están muy cercanos entre sí: estructuras compactas, y además en general son cristales. Es una estructura muy ordenada, por eso los metales son opacos (porque son cristales).

Los metales:

● Estructura cristalina tridimensional.
● Núcleos (+) y electrones centrales, y nube electrónica externa de los electrones de valencia. Relacionada con:

– Punto de fusión : cuanto > es el nº de electrones de valencia > es el punto de fusión.

– Corrosión: Consiste en intercambiar electrones o no.

– Anisotropía: Las redes no siempre son simétricas en todas las direcciones. Cada grano tiene los cristales alineados en una dirección, con lo cual según sea la cristalinidad, granos, etc los metales pueden ser isótropos o anisótropos. Tienden a ser isótropos (en cualquier dirección actúan igual). Los cúbicos pueden ser isótropos porque el cubo es igual entrando por la izquierda, que por la derecha, que por arriba, que por abajo, pero un hexágono no, por lo que los hexagonales nunca serán isótropos. Una estructura perfectamente geométrica igual en todo el material SOLO se da en el diamante.

● Colecciones de cristales con similar orientación: Granos o Maclas. Se forman cuando el material está fundido y aparecen los primeros núcleos de cristalización en las paredes o impurezas. Cada grano tiene una composición igual a la del vecino pero su disposición espacial/orientación no es igual. La consecuencia de que haya granos es que se forman zonas débiles, las fracturas casi siempre transcurren entre los granos porque son las vías de menor resistencia, las fronteras, por eso, en general, cuanto más grandes son los granos más resistente es el material porque hay menos fronteras e imperfecciones.

● Un metal fundido empieza a cristalizar. Cada grano será anisótropo pero en conjunto será isótropo porque en término medio a los efectos es amorfo. Los cracks dirigen las zonas de menor resistencia que suelen ser la zona intergranular. Por tanto según sea la estructura de los granos el crack podrá avanzar o no con mayor o menor facilidad.

● Dentro de esas redes de cristales hay dislocaciones y defectos, a diferencia de las cerámicas que no admiten dislocaciones:

– Puntuales:

✓ Laguna o vacancia (falta uno).
✓ Intersticial (átomo igual a los demás donde no debía haberlo).
✓ Impureza sustitucional (átomo que sustituye a otro).
✓ Impureza intersticial (átomos diferentes que están donde no deberían).

– Lineales: Dislocación de borde, de tornillo.

– De superficie: Además estas impurezas tienen consecuencias en la superficie, que son:

✓ Fronteras de grano.
✓ Enlaces incompletos en superficies laterales.
✓ Efectos de impurezas. Producen en los cristales irregularidades. El hecho de que haya superficie hace que los átomos estén más expuestos que los del centro. Esta impureza al deformar la red hacen que los “átomos rojos” estén protruyendo, una superficie de que debería ser de una forma es de otra: Defecto de superficie.

● El estado metálico

– Zona central-izquierda T.P.
– Estructura cristalina.
– Sólidos (menos Hg y Ga).
– Conducen calor y electricidad, porque son electropositivos (ceden electrones) y son estructuras compactas.
– Brillo. Se pueden pulir (devuelven toda la E lumínica): porque son dúctiles y se puede alisar la superficie, unos más que otros.
– Fundibles. Se convierten en líquido a altas temperaturas y en sólido si se enfría.
– Color grisáceo generalmente, excepto el oro (dorado, amarillo) y algún otro (Cu).
– Duros, opacos, resistentes.
– Soporta deformaciones, gracias a sus enlaces metálicos que permiten su dislocación.
– Sonido característico (tañido). Cuando le das un golpe.
– Insolubles en agua (todos).
– Reactivos, especialmente con ácidos (desprenden H).
– Facilidad combinar con O2 incluso a altas temperaturas.
– Dislocación. La ductilidad permite su deformación, es permanente y si sigues lo rompes. Las cerámicas, al tener enlace iónico nunca pueden ser dúctiles porque estos enlaces no admiten deformaciones.

CRISTALIZACIÓN:

Cristal: conjunto de moléculas cuya estructura se repite tridimensionalmente de forma ordenada.
Nucleación:
– Homogénea: cuando se juntan varios átomos y forman un núcleo completamente rodeado de líquido, no influenciada por otros sólidos (recipiente, impurezas)
– Heterogénea: cuando el núcleo se forma sobre impurezas o en las paredes del recipiente, de manera que está en contacto con el recipiente o con las impurezas. El núcleo inicial no se encuentra totalmente rodeado de líquido. Es la más común.
La cristalización no tiene por qué darse en la misma dirección en los diferentes cristales, de manera que cuando crecen y se tocan forman las fronteras de grano. Cada cristal es perfecto, pero tiene una orientación diferente a los otros, y las fronteras de grano son las discrepancias, no son defectos, pero es la zona de discrepancia (más débil) donde empiezan las fracturas.

CRISTALIZACIÓN CÚBICA:

– Hay una cúbica que tiene los átomos centrados en las caras, esos metales son dúctiles y maleables.
– Hay otra cúbica en la que los metales en vez de centrados en las caras está en el cuerpo, esto los hace más resistentes (alta tenacidad) y duros (potasio, sodio…).
– Aunque las dos sean cúbicas, tienen diferentes características

CRISTALIZACIÓN HEXAGONAL: cristales rígidos.

¿Por qué cristalizan de una manera o de otra? → Dependen del peso atómico, del tamaño y el número de electrones, en función de eso se agrupan de una manera o de otra.

TEMPLADO:

– Al elevar la temperatura, aumenta el tamaño de los granos, y una vez aumentado, lo dejamos enfriar y quedan más rígidos. Cuanto más grande es el grano, más rígido es y por tanto consta de menor facilidad para desplazarse y/o romperse.
– OJO: los cristales de hielo aumentan al disminuir la temperatura, de manera que crecen con el frío. Este proceso es inverso al de los metales.
– Al golpear un metal, aumentamos la rigidez pero también lo volvemos más frágil. Se añaden tantas deformaciones que no caben más.

TRABAJO EN FRÍO

– Dislocaciones presentes al principio o por deformación de cristales
– Las dislocaciones se trasladan: cuando se acumulan, cada vez se admiten menos, la capacidad de deformación plástica disminuye (endurecimiento por deformación) y aparece la fractura frágil.

ALEACIONES METÁLICAS

Definición: una aleación es una combinación de dos o más elementos de los cuales uno es un metal y por eso tiene propiedades metálicas (comportamiento metálico).

El comportamiento cambia al hacer una aleación. Los cambios en las propiedades físicas se suelen deber a los tamaños de los átomos que añadimos:

✓ Un átomo mayor introduce compresión sobre sus vecinos.
✓ Un átomo menor introduce tensión sobre sus vecinos.

Así se resisten mejor las deformaciones, ya que no se mueven tan fácilmente. Las aleaciones hacen que se resistan mejor las deformaciones (que sean menos maleables, más rígidos) debido que los cristales están tensionados o comprimidos, o ambas.
Rara vez se usa el metal sólo, a lo mejor el oro alguna vez, pero ya casi ni eso. Se usan casi siempre en forma de º aleación.

DIAGRAMAS DE FASE:

– Fase: zona homogénea con la misma estructura, la misma composición y las mismas propiedades y está separada del resto de fases por las interfases.
– Un diagrama de fase es un mapa que describe las fases presentes en un material en función de variables termodinámicas.
– Los materiales puros solamente poseen una fase.
– Las aleaciones pueden poseer dos o más fases presentes al mismo tiempo.
– Una aleación se define como una solución en estado sólido.

SOLUCIONES: cuando hablamos de aleaciones hablamos de disolver un metal en otro.

– Solución limitada: sólo admite una proporción determinada y no cabe más allá
○ una fase sólida
– Solución ilimitada: puedo poner cualquier cantidad porque admite cualquier disolución porque los tamaños atómicos lo permiten
○ Uno de los componentes puede disolverse hasta cierto límite en el otro
○ Se producen dos o más fases en la solución

 

FOTO

– Explicación de la foto del diagrama de fases CON 2 FASES Y UNA INTERMEDIA. En el eje Y tenemos el rango de fusión y en el eje x tenemos el porcentaje que de cada metal :
○ ALFA→ todo sólido
○ L→ todo líquido.
○ Curva intermedia→ fase LIQUIDUS, es decir, el material está parcialmente líquido y parcialmente sólido.
○ Ejemplo: a 1300 grados, una proporción del 80% de cobre se encontrará completamente sólido (en la zona alfa), mientras que a la misma temperatura, pero al 20% de cobre, se encontrará completamente líquido (en la zona L). También puede encontrarse en la curva intermedia donde coexisten ambas fases.
○ Los vértices de la curva, son los puntos de fusión de los dos metales de la aleación

– DIAGRAMA DONDE HAY DOS FASES

○ En los diagramas donde hay dos fases, se da un fenómeno llamado segregación. A medida que baja la temperatura, cambia la composición del cristal que se está formando, cambian las proporciones, porque hay un sólido que se forma antes que otro, lo que hace que su composición final sea diferente que en un punto intermedio ya que el sólido se segrega al formarse uno antes que otro.
○ Solo hay segregación en un tramo, a partir de ahí, las proporciones se mantienen constantes.

EUTÉCTICOS- diagrama

● Son proporciones dadas de unos elementos dados.
● A ciertas proporciones tienen una temperatura de fusión. A una determinada temperatura en una determinada proporción pasa de estado líquido a sólido, cristaliza de golpe.
● Pasa en ciertas combinaciones, plata-cobre (amalgama).
● Como solo tienen un punto de fusión, lo que se forma es todo lo mismo, son homogéneos. Esto ocurre cuando tiene una relación de tamaños adecuada.
● Como son homogéneos tienden a ser muy duros y muy tenaces.
● Tienen una configuración muy regular, tienden a ser cristales, barras, pinchos…

ALEACIONES METÁLICAS

Características generales:
● Punto de fusión más bajo que los componentes.
● Mejor colabilidad→ facilidad con la que el metal se mete en un molde con forma.
● Mejores propiedades mecánicas.
● Excelente brillo y aspecto, se asemejan a los metales nobles.

Proceso de Recocido:

– Trabajado en frío: suele tener muchas dislocaciones, pueden ser buenas o malas.
– Calor: los sitios más deformados recristalizan. Procedes al calentamiento del metal, los sitios con dislocaciones recristalizan ademas del resto de lugares del metal.
– Más calor, por encima de la temperatura de recristalización: creamos nuevos granos.
– Recristalización completa: granos pequeños.
– Más calor: crecimiento de los granos
– En principio, el metal tiene muchas dislocaciones internas que no nos interesan.

PRESENTACIÓN DE METALES EN ODONTOLOGÍA

– Elementos: Au cohesivo
– Aleaciones plásticas a temperatura ambiente:
○ Amalgamas (combinación de metal, es decir, mercurio, con otra cosa).
○ Hg, Ga
– Aleaciones semielaboradas o elaboradas: Aceros, Ti
○ Alambres, attaches, magnéticas, implantes.
○ Instrumentos, brackets.
– Aleaciones para colar o fundir
○ Colado, soldadura

1. Elementos: ORO COHESIVO

– El más maleable: láminas de hasta 0,08 micras (extremadamente delgadas)
– Pueden “autosoldarse” a temperatura ambiente (si no hay impurezas). En frío, golpeando unas láminas sobre otras, debido a que son extremadamente finas.
– Se alcanzan impurezas del 18-25%
– Se presenta en forma de: láminas, polvo…
– Empaquetamiento parecido al de la amalgama.
– Tiene una corrosión de prácticamente 0.
– Otra ventaja es que el oro en frío se puede bruñir (uso de un instrumento, bruñidor, para mitigar o disimular la interfase y que no queden bordes libres) por lo que podríais trabajar los márgenes para ajustar el oro al margen y quedaba hermético. Eran obturaciones magníficas.
– En desuso: Porque es caro, al paciente no le gusta y es muy difícil de hacer. Esto era la técnica cumbre del odontólogo, si sabía hacerlo era capaz de todo porque era muy complicado.

2. Aleaciones plásticas a temperatura ambiente: AMALGAMAS

– AMALGAMA:”cualquier mezcla con el mercurio”, para decirlo correctamente deberíamos decir “Amalgama de plata”. Aleación de Hg con otro metal.
– En odontología se usa amalgama de plata (mercurio con otros metales: mercurio más aleación de plata estaño cobre y cinc). La plata se disuelve muy bien en el mercurio, el estaño da dureza, el cobre hace que se resista a la corrosión y el zinc para facilitar el colado (fabricación) –> Hg + [aleación de Ag + Sn + Cu+ Zn].
– Actualmente en desuso por su malísima estética.

3. Aleaciones semielaboradas o elaboradas: ACEROS, TITANIO

– Alambres, attaches, magnéticas, implantes…
– Instrumentos, brackets.

Procesado de metales:

➢ En frío:

1. Trefilado (alambres).
2. Laminado (maleabilidad).
3. Estampado (troquelado). Pones una lámina con un hueco debajo y marcas la huella.
4. Orificación (oro en delgadísimas láminas en el diente; en esas condiciones el oro es cohesivo, fabricando una obturación dentro del diente perfecta)
5. Bruñido (adaptación del material de restauración a la forma de la cavidad quitando los huecos que se hayan dejado). El bruñido se debería poder hacer idealmente en todos los metales, pones una funda y la separación con el diente nunca es perfecta, idealmente tu deberías poder bruñirlo, es decir, deformar el metal para tapar el espacio, esto no se puede hacer con todos los metales ya que muchos son muy duros y no dejan. El bruñido es la adaptación del margen a mano, forzándolo y desgarrándolo. Si necesitas bruñir tienes que utilizar unos determinados metales.

➢ Electricidad:

1. Electrodeposición: Pones una capa encima, es decir, revestimiento de superficies.
2. Electroerosión: Quitar parte, para grabar los materiales y luego poder añadir a ellos.
Continuamos con semielaboradas o preparadas:

– Alambres

● Obtenidos por trefilado: Granos alargados.
● Los tratamientos térmicos son críticos.
● Se necesitan rigideces y elasticidades diferentes dependiendo de para qué lo queramos.
● Composición muy variable, y muchas maneras de fabricación: Aleaciones oro, acero, cobalto-cromo, aleaciones de titanio
● Forma de sección:

✓ Monofilamento: Redondo, forma medio círculo, cuadrado, etc.
✓ Multifilamento: Trenzados o entorchados.

● Propiedades:

✓ Muchos tipos de rigidez: elásticos, no elásticos y pseudoelásticos.

● Usos:

✓ Arcos y ligaduras (fijos) en ortodoncia.
✓ Retenedores en prótesis provisionales y de aparatos removibles en ortodoncia.
✓ Ferulizaciones y bloqueos interdentarios e intermaxilares, en traumatología.
✓ Instrumentos varios (fresas, agujas, limas de endodoncia, “pins”, etc).
– Attache: Son como los botones de los abrigos. Sirven por ejemplo para sujetar prótesis de quita y pon. Unión muy frecuentemente hechas de metales. Hay mil formas pero casi siempre son metales. En un lado hay una bola y en el otro un agujero y se enganchan.
– Aleaciones magnéticas: Clásicas (fe, Al, Co, Ni), modernas… Son ya hechas. NO LO PREGUNTA!!

3.1 EL ACERO

● Mezcla de hierro y carbono. El hierro es dimórfico (puede presentarse de dos fórmas).
● La gran familia de aleaciones elaboradas.
● Hay muchos tipos porque el hierro tiene muchas formas de presentación, ya que puede unirse al carbono de muchas maneras. Acero al carbono. acero inoxidable.
● El C tiene radio más pequeño que el hierro: forma solución sólida intersticial.Puede haber otros componentes para mejorarlo (Cr, Ni, Mn, Co, Mo…). Pero lo básico es HIERRO y hasta 2% de CARBONO.Cuando el carbono sobrepasa el 2% las fases cambian, sigue pudiendo hacer aleación pero ya no se llama acero.
● Acero inoxidable: contiene además del C tiene Cromo (mínimo 13%). Esto (el Cr) lo hace inoxidable y más pasivo en superficie, por eso se oxidan menos (por la capa de óxido crómico). No hay materiales inoxidables, sino que se oxidan menos. Hay subfamilias del acero inoxidable.

USOS del acero

● Instrumental de todo tipo (desde los más potentes hasta hojas cortantes, dinas sondas, limas de endodoncia…).
● Materiales que van a entrar en contacto con tejidos o fluidos orgánicos, porque la oxidación es escasa: pines y postes, alambres, coronas provisionales, placas y tornillos para osteosínteis, agujas…

3.2. EL TITANIO

– Punto de fusión elevado: 1668 grados. Es lo llamado un alótropo dimórfico: a 882 grados cambia de cúbica a hexagonal, y pasa de alfa a beta o viceversa.
– Poca densidad: Pesa poco y se cuela mal porque al pesar tan poco no tiene inercia para entrar en los huecos..
– Conductividad térmica baja. No te quemarías si el horno fuera de titanio al tocarlo.
– A alta temperatura se produce una reactividad alta. A baja temperatura → pasividad. Interacciona mal con el ambiente.
– Buenas propiedades mecánicas (modificables y mejorables mediante aleaciones).
– Biocompatibilidad excelente, se puede producir unión a tejidos biológicos, lo que hace que se use mucho en odontología.
– Coeficiente térmico bajo.
– Unión a cerámicas posible.
– Radiolucidez parcial (atención a los brillos y artefactos).
– Es dimórfico (puede presentarse de dos formas). Hay diferentes aleaciones de titanio que pueden tener más o menos rigidez según la composición de los demás elementos. Cuando sobre pasa un % de hierro, el hierro cambia y con un cambio muy pequeño cambia la aleación porque las fases y la solución sólida también cambia. Porque los cristales pasan de ser de una manera dependiendo de las interacciones que tengan con los de al lado.

– Usos:

○ Ti-Al-Nb para prótesis parcial removibles.
○ Ni-Ti para ortodoncia (Alambres por la súper elasticidad) y limas endodoncia.
○ Ti-Al-Va para Implantes (casi su principal uso) porque son biocompatibles y permiten la osteointegración.
○ Prótesis fija.
○ Postes y “pins” en restauraciones complejas. Para controlar los dientes se ponían como unos tornillos unidos a la dentina, pero ya casi no se usa.
○ Matrices de operatoria dental. Pero la mayoría son de aceros.
○ Instrumental de endodoncia. Se fabrican instrumentos con muchas elasticidad y puedes meterlo en un conducto radicular que tenga una gran curva, lo que ha hecho que la endodoncia sea muy accesible para todos porque los instrumentos han cambiado mucho.

Aleaciones para colar o fundir:

Este es el uso más importante de los metales.Es decir, aquellas aleaciones que solo puedes usar fundiéndolas y colándolas para formar una pieza.
Clasificación según la composición:
Las hay de alta nobleza, noble o base. Se diferencian en el contenido de metales nobles y en el contenido de oro.
– Alta nobleza: 60% metal noble y 40% de este es de oro.
– Noble: 25% metal noble
– Base: Menos de 25% metal noble
– Ti y sus aleaciones:.Para ser una aleacion de titanio tiene al menos 85% de titanio

Clasificación según sus propiedades mecánicas:

– Blandas. Se usan en sitios con poco estrés, por ejemplo algunas incrustaciones si no son muy grandes. Solo soportan estreses bajas, se deforman con facilidad. Se usan casi exclusivamente para algunos inlays (restauraciones rígidas que se hacen fuera y luego las ponemos dentro de la cavidad y la cementas y la dejas ahí), se llama inlay porque está contenido “dentro de…”. Se usan en los inlays porque si se van a deformar pero tienen paredes que los contienen no es tan grave.

– Medias. Se usan en restauraciones con algo más de estrés. Aguantan un poco más de estrés, puede haces inlays u onlays (está por encima, ya no está contenido), mantienen mejor la forma y son más duras, menos elásticas.

– Duras. Restauraciones con alto estrés (coronas con recubrimiento estético, puentes cortos, etc). No se usan para inlays y onlays porque estas no se pueden bruñir y tu en un inlay, que suele ser de oro gracias a que es blanda la puedes bruñir y mejorar.

– Extra duras. Sitios donde habrá muchísimo estrés (puentes muy largos, prótesis removibles…). Cuando requieres más rigidez, por ejemplo si estás haciendo una corona que tenga cerámica al rededor tiene que ser rígido la base/cofia ya que la cerámica es muy rígida y si el metal es elástico se va a romper. Lo que le da estabilidad al metal por ello debe estar muy duro. Y luego para hacer un puente: Un tramo largo (porque si es flexible; se doblaría el puente), un diente con dos pilares al lado.

Unión ceramometálica:

○ Se añaden componentes fácilmente oxidables (Sn, Fe, In,…). Consiguiendo que se oxide la parte externa del metal y que su superficie sea rugosa es como se conseguirá que se una la porcelana.Primero hay que oxidar el metal en el laboratorio y luego la cerámica se une a esos óxidos.
○ La aleación debe tener un punto fusión alto (Pf):
– A 100 grados mayor que la cerámica y las soldaduras que unen los segmentos, porque si no se nos fundiría al meter la cerámica al horno.
○ Los coeficientes de expansión térmica del metal y cerámica deben ser compatibles.
– El del metal debe ser algo mayor: La cerámica está a compresión al enfriarse. Primero fabrico la cofia de metal y luego voy edificando la porcelana sobre la cofia para eso hay que sacar y meter en el horno esto varias veces para obtener las distintas capas de cerámica, por lo que obligatoriamente el metal o aleación tiene que tener un rango de fusión más alto que el de la cerámica (por lo menos unos 100 grados para que haya margen).
○ La rigidez y resistencia del metal deben asegurar que no haya estreses en la cerámica.
○ El metal no debe pandear con el calor: No ajustaría la cofia.
○ El metal de la cofia debe colar correctamente, aún a altas temperaturas.
Para que falle una superficie muy grande de cerámica necesariamente tiene que estar mal unida.
La cerámica necesita unos determinados espesores, si es una capa muy fina salta en seguida porque no tiene consistencia.

Aleaciones para soldaduras:

Tipos de soldadura:

– Autógena: Coges dos metales y mediante tratamiento térmico de ambas las pegas. Aquella en la que fundes el metal A y el B si nada en medio. Los pones en contacto y parte del A entra en el B y parte del B en el A. Puede ser continua o por puntos.

– Aporte: Añades una tercera sustancia. Tiene una temperatura de fusión muy baja y consigue meterse por los huecos. Tiene problemas porque es un tercer metal y genera diferencias. Entre las dos cosas que soldaremos hay algo en medio, cuyas características harán que se unan por un lado al A y por otro al B.

BIOCOMPATIBILIDAD DE LOS METALES

Como cualquier sustancia los metales pueden tener efectos perjudiciales:
– Que sean tóxicos: Te hacen mal seguro. La reacción depende del paciente. Alta toxicidad: Hg, Be, As, Sb. Baja toxicidad: Ba, Cd, Cu, Mn, Ni, Sn, Pb, V

– Que sean alérgicos: Que produzcan una reacción excesiva en el organismo. Pueden producir o no alergia según la persona. Muy poco frecuentes pero posibles. El níquel suele dar más alergia en mujeres, porque es un material muy utilizado en joyería y tienden a sensibilizarse más porque lo usan más. Otros: Cr, Co, Hg, Pd, Al, Cu (puros o algunas sales)

– Que sean carcinógenos: Exposiciones altas. Los más conocidos y claros:

● El berilio: cáncer de pulmón y osteosarcomas
● El níquel cáncer de vías respiratorias altas y de pulmón.
● El cadmio puede producir cáncer broncopulmonar y de próstata porque se usaba mucho en las pinturas y los pintores respiran cadmio y luego se elimina por la orina.
● El cromo y sus sales: vías respiratorias.

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