ÁTOMO Y ESTRUCTURA CRISTALINA

Br. Eduardo Sierra

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAI.U.P SANTIAGO MARIÑO

MARACAIBO, ESTADO ZULIA.

El Átomo

Los átomos son la unidad básica de toda la materia, la estructura que define a todos los elementos y tiene propiedades químicas bien definidas. Todos los elementos químicos de la tabla periódica están compuestos por átomos con exactamente la misma estructura y a su vez, éstos se componen de tres tipos de partículas, como los protones, los neutrones y los electrones.

ESTRUCTURA DEL ÁTOMOSegún esto, el átomo quedó constituido así:- Una zona central o NÚCLEO donde se encuentra la carga total positiva (la de los protones) y la mayor parte de la masa del átomo, aportada por los protones y los neutrones.- Una zona externa o CORTEZA donde se hallan los electrones, que giran alrededor del núcleo.Hay los mismos electrones en la corteza que protones en el núcleo, por lo que el conjunto del átomo es eléctricamente neutro.

IDENTIFICACION DE LOS ATOMOS

Los átomos se identifican por el número de protones que contiene su núcleo, ya que éste es fijo para los átomos de un mismo elemento.  Número atómico: Es el número de protones

de un átomo. Se representa con la letra Z y se escribe como subíndice a la izquierda del símbolo del elemento: ZX. Ejemplos: 1H, 8O, 26Fe.

Número másico: Es la suma del número de protones y del número de neutrones de un átomo. Se representa con la letra A y se escribe como superíndice a la izquierda del símbolo del elemento: AX. Ejemplos: 1H, 8O, 26Fe.

MODELO ATÓMICO DE DALTONDalton reinterpreta las leyes ponderales  basándose en el concepto de átomo. Establece los siguientes postulados o hipótesis, partiendo de la idea de que la materia es discontinua: Los elementos están constituidos por átomos consistentes

en partículas materiales separadas e indestructibles; Los átomos de un mismo elemento son iguales en masa y

en todas las demás cualidades.  Los átomos de los distintos elementos tienen diferentes

masa y propiedades Los compuestos se forman por la unión de átomos de los

correspondientes elementos en una relación numérica sencilla. Los «átomos» de un determinado compuesto son a su vez idénticos en masa y en todas sus otras propiedades.

MODELO ATÓMICO DE DALTON

Las suposiciones de DALTON permiten explicar fácilmente las leyes ponderales de las combinaciones químicas, ya que la composición en peso de un determinado compuesto viene determinada por el número y peso de los átomos elementales que integran el «átomo» del compuesto.

MODELO ATÓMICO DE THOMPSON

El modelo atómico de Thomson es una teoría sobre la estructura atómica propuesta en 1904 por Joseph John Thomson, quien descubrió el electrón en 1898, mucho antes del descubrimiento del protón y del neutrón. En dicho modelo, el átomo está compuesto por electrones de carga negativa en un átomo positivo, como un pudin de pasas. Postulaba que los electrones se distribuían uniformemente en el interior del átomo suspendido en una nube de carga positiva. El átomo se consideraba como una esfera con carga positiva con electrones repartidos como pequeños gránulos.

MODELO DE RUTHERFORDPara Ernest Rutherford, el átomo era un sistema planetario de electrones girando alrededor de un núcleo atómico pesado y con carga eléctrica positiva.El módelo atómico de Rutherford puede resumirse de la siguiente manera: El átomo posee un núcleo central pequeño, con carga

eléctrica positiva, que contiene casi toda la masa del átomo. Los electrones giran a grandes distancias alrededor del

núcleo en órbitas circulares. La suma de las cargas eléctricas negativas de los electrones

debe ser igual a la carga positiva del núcleo, ya que el átomo es eléctricamente neutro.

Para analizar cuál era la estructura del átomo, Rutherford diseñó un experimento:El experimento consistía en bombardear una fina lámina de oro con partículas alfa (núcleos de helio). De ser correcto el modelo atómico de Thomson, el haz de partículas debería atravesar la lámina sin sufrir desviaciones significativas a su trayectoria. Rutherford observó que un alto porcentaje de partículas atravesaban la lámina sin sufrir una desviación apreciable, pero un cierto número de ellas era desviado significativamente, a veces bajo ángulos de difusión mayores de 90 grados. Tales desviaciones no podrían ocurrir si el modelo de Thomson fuese correcto.

MODELO DE RUTHERFORD

MODELO DE RUTHERFORD

Experimento Rutherford

MODELO ATÓMICO CUBICO

El modelo del átomo cúbico fue de los primeros modelos atómicos, en el que los electrones del átomo estaban situados en los ocho vértices de un cubo. Esta teoría la desarrolló en 1902 Gilbert N. Lewis, que la publicó en 1916 en el artículo «The Atom and the Molecule» (El átomo y la molécula); sirvió para dar cuenta del fenómeno de la valencia. Se basa en la regla de Abegg. Fue desarrollada posteriormente por Irving Langmuir en 1919, como el átomo del octeto cúbico. La figura a continuación muestra las estructuras de los elementos de la segunda fila de la tabla periódica.

MODELO ATÓMICO CUBICO

Aunque el modelo del átomo cúbico se abandonó pronto en favor del modelo mecánico cuántico basado en la ecuación de Schrödinger, y es por tanto sólo de interés histórico, representó un paso importante hacia el entendimiento del enlace químico. El artículo de 1916 de Lewis también introdujo el concepto del par de electrones en el enlace covalente, la regla del octeto, y la ahora llamada estructura de Lewis.

MODELO ATÓMICO DE BOHR

El modelo atómico de Bohr o de Bohr-Rutherford es un modelo clásico del átomo, pero fue el primer modelo atómico en el que se introduce una cuantización a partir de ciertos postulados. Fue propuesto en 1913 por el físico danés Niels Bohr, para explicar cómo los electrones pueden tener órbitas estables alrededor del núcleo y por qué los átomos presentaban espectros de emisión característicos (dos problemas que eran ignorados en el modelo previo de Rutherford). Además el modelo de Bohr incorporaba ideas tomadas del efecto fotoeléctrico, explicado por Albert Einstein en 1905.

De acuerdo con este nuevo modelo, alrededor del núcleo hay capas o niveles de energía:- En la primera capa se sitúan, como máximo, 2 electrones.- En la segunda capa se sitúan, como máximo, 8 electrones.- En la tercera capa se sitúan, como máximo, 18 electrones. N un número entero (n=1, 2, 3, ...) llamado

número cuántico principal, que vale 1 para la primera órbita, 2 para la segunda, etc.

LOS NEUTRONESEl neutrón es un componente del núcleo de los átomos y está formado por dos quarks down y un quark up. El quark up tiene carga eléctrica +2/3. Los quarks down tienen cada uno carga eléctrica -1/3. Por lo cual, los neutrones tienen carga eléctrica resultante 0. (0 Coulomb)Los neutrones forman, junto con los protones, los núcleos atómicos.El neutrón interactúa con los protones a través de la fuerza nuclear fuerte, pero sin repulsión electromagnética, puesto que su carga eléctrica es cero.

ESTRUCTURA CRISTALINA

La estructura cristalina es la forma sólida de cómo se ordenan y empaquetan los átomos, moléculas, o iones. Estos son empaquetados de manera ordenada y con patrones de repetición que se extienden en las tres dimensiones del espacio. La cristalografía es el estudio científico de los cristales y su formación.El estado cristalino de la materia es el de mayor orden, es decir, donde las correlaciones internas son mayores. Esto se refleja en sus propiedades antrópicas y discontinuas. Suelen aparecer como entidades puras, homogéneas y con formas geométricas definidas (hábito) cuando están bien formados.

ESTRUCTURA CRISTALINA

 Además de los factores químicos, en cuanto a los factores geométricos, hay que tener en cuenta la forma de las partículas constituyentes de la estructura. Así, cuando tenemos átomos iguales que se unen mediante enlace metálico, se forman los empaquetamientos densos que se describen como un empaquetamiento de esferas tal que cada una de ellas se rodea de otras doce. 

EMPAQUETADO CÚBICO COMPACTO (ECC):

ESTRUCTURA CRISTALINA

Estructura cristalina cubica centrada en el cuerpo (BBC)En esta celda unidad las esferas solidas representan los centros donde los átomos están localizados e indican sus posiciones relativas. (Figura1)

ESTRUCTURA CRISTALINA CUBICA CENTRADA EN LAS CARAS (FCC) En esta celda unitaria hay un átomo en cada vértice el cubo y uno en el centro de cada cara.

ESTRUCTURA CRISTALINA

ESTRUCTURA CRISTALINA HEXAGONAL COMPACTA (HCP)Los átomos ocupan los vértices de un prisma hexagonal regular, los centros de las bases y los centros de los triángulos alternos en que puede descomponerse la sección intermedia del prisma.

ESTRUCTURA CRISTALINAPOSICIONES DEL ATOMO EN LAS CELDAS UNITARIAS

La estructura cristalina exige que muchos metales tengan un celdilla unidad de geometría cubica con los átomos localizados en los vértices del cubo y en las caras del cubo.

El sistema cubico posee tres estructuras cristalinas:

· Estructura de red cubica simple (CS)

· Estructura cubica centrada en el cuerpo (BCC)

· Estructura cubica centrada en la cara (FCC)