ÁTOMOS Y ESTRUCTUR

A CRISTALINA

Instituto Universitario Politécnico Santiago MariñoCiencia de los materialesProfesor: Julián Carneiro

Por Luis Eduardo Hernández RamírezC.I. 22.449.743

Ingeniería Química [49]

Maracaibo, mayo de 2016

El átomo

Átomo, en griego, significa

indivisible. El primer en utilizar este término fue

Demócrito (filósofo griego

del año 500 AC).

Está compuesto por un núcleo, en

el que se concentra casi toda su masa,

rodeado por una nube de

electrones.

El núcleo atómico está formado por

protones, con carga positiva y

neutrones, eléctricamente

neutros.

No es posible dividir un

átomo mediante procesos

químicos. Es la unidad de materia

más pequeña

Los electrones, cargados

negativamente, permanecen

ligados al núcleo mediante la

fuerza electromagnétic

a.

Modelos atómicos

Teoría atómica de

DALTON

Jhon Dalton (1808) utilizó las dos leyes fundamentales de las combinaciones químicas (ley de la conservación de la masa y ley de composición constate) como base para su teoría atómica. Esta se resume en tres postulados:

1. Cada elemento químico se compone de partículas diminutas e indestructibles denominadas átomos. Los átomos no pueden crearse ni destruirse durante una reacción química.

2. Todos los átomos de un elemento son semejantes en masa (peso) y otras propiedades, pero los átomos de un elemento son diferentes de los del resto de los elementos.

3. En cada uno de sus compuestos, los diferentes elementos se combinan en una proporción numérica sencilla: un átomo de A con un átomo de B (AB), o un átomo de A con dos átomos de B (AB2).

Aunque esta teoría condujo a la ley de las proporciones múltiples, fue descartada ante la llegada del modelo de Thomson.

Mode lo a tómico de

THOMSON “Budín de

pasas”

Joseph John Thomson (1897) postuló en su modelo atómico:

• La carga positiva necesaria para contrarrestar la carga negativa de los electrones en un átomo neutro está en forma de nube difusa.

• El átomo consiste en una esfera de carga eléctrica positiva, en la cual están incrustados los electrones en número suficiente para neutralizar la carga positiva.

• Sus experimentos sobre los rayos catódicos en campos magnéticos y eléctricos dieron pie al descubrimiento del electrón e hizo posible medir la relación entre su carga y su masa.

Base del descubrimiento:Electrón

Una vez considerado el electrón como una partícula fundamental de la materia existente en todos los átomos, los físicos atómicos empezaron a especular sobre cómo estaban incorporadas estas partículas dentro de los átomos.

Mode lo a tómico de

RUTHERFORD

Ernest Rutherford (1911) propuso el modelo nuclear del átomo:

• La mayor parte de la masa del átomo y toda su carga positiva, se concentra en una región muy pequeña llamada núcleo.

• Los electrones están moviéndose constantemente alrededor del núcleo.

• La mayor parte del átomo es espacio vacío.

Por desgracia, este modelo presentaba varias incongruencias: contradecía las leyes del electromagnetismo de Maxwell y no explicaba los espectros atómicos.

Base del descubrimiento:Núcleo

Niels Bohr propone un modelo del átomo de hidrógeno:

• El electrón del átomo de hidrógeno gira alrededor del núcleo en órbitas circulares estacionarias

• Los electrones solo pueden existir en ciertas órbitas discretas.

• Los electrones están restringidos a ciertos estados cuantizados.

Modelo atómico de

BOHR

Base del descubrimiento:Órbitas cuantizadas

Modelo actual

MECÁNICO CUÁNTICO

Después de que Louis-Victor de Broglie propuso la naturaleza ondulatoria de la materia en 1924, la cual fue generalizada por Erwin Schrödinger en 1926, se actualizó nuevamente el modelo del átomo:

• La energía presente en los electrones los lleva a comportarse como ondas (comportamiento dual)

• Los electrones se mueven alrededor del núcleo en zonas de mayor probabilidad.

• Plantea una ecuación de onda, la cual conduce a una cuantificación de la energía que depende de ciertos números enteros, estos son los números cuánticos.

Principio de incertidumbre de Heisenberg:

“Es imposible medir simultáneamente de forma precisa

la posición y el momento lineal (velocidad) de una partícula."

De Broglie

Schrödinger

Heisenberg

ESTRUCTURA ATÓMICA

Partículas subatómicasPartícul

a Masa (g) Masa (uma) Carga (C) Carga

(eV)Masa

(relación)

Símbolo

Protón 1.672622x10-24 1.007276 1.6022x10-19 +1 1 p+

Neutrón 1.674927x10-24 1.008665 0 0 1 n

Electrón 9.109383x10-28 0.005485 -1.6022x10-19 -1 1/1840 e-

Núcleo atómico

XZA

NÚMERO ATÓMICO (Z)• Número de protones del átomo.• Indica el elemento al que pertenece el átomo.

NÚMERO MÁSICO (A)• Suma de protones y neutrones del átomo.• Indica la masa del átomo.

Átomos e ionesÁtomo negati

voANIONES

Átomo con mayor número de

electrones que de protones

(e- > p+)

Átomo positiv

oCATIONESÁtomo con

menor número de electrones

que de protones(e- < p+)

Átomo neutro

Átomo con número de

electrones igual al de protones

(e- = p+)

Tipos de átomos

ISÓTOPOS ISÓBAROS ISÓTONOS

Corresponden a átomos que tienen el mismo número atómico pero diferente número másico (igual número de protones, diferente número de neutrones).

Por ejemplo, existen tres isótopos de hidrógeno: hidrógeno, deuterio y tritio.

Se denomina así a los distintos núcleos atómicos con el mismo número másico (A), pero diferente número atómico (Z).

Las especies químicas son distintas, pero la cantidad de protones y neutrones es tal que, a pesar de ser distinta entre los dos isóbaros, la suma es la misma.

Son átomos diferentes, por tanto, tienen diferente número atómico, también tienen diferente número másico, pero tienen el mismo número de neutrones.

Número de protones difiere entre átomos.

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.

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. No obstante, su morfología externa no es suficiente para evaluar la denominada cristalinidad de un material.

ESTADO AMORFOLas partículas

componentes del sólido se agrupan al azar.

ESTADO CRISTALINOLos átomos (moléculas o iones) que componen

el sólido se disponen según un orden regular.Las partículas se sitúan ocupando los nudos o puntos singulares de

una red espacial geométrica

tridimensional.

La estructura física de los sólidos es consecuencia de la disposición de los átomos, moléculas o iones en el espacio, así como de las fuerzas de interconexión de las partículas:

Los metales, las aleaciones y determinados materiales cerámicos tienen estructuras cristalinas.

Los átomos que pertenecen a un sólido cristalino se pueden representar situándolos en una redtridimensional, que se denomina retículo espacial o cristalino. Este se define como una repetición en el espacio de celdas unitarias.

La celda unitaria de la mayoría de las estructuras cristalinas son paralelepípedos o prismas con tres conjuntos de caras paralelas. Según el tipo de enlace atómico, los cristales pueden ser de tres tipos: iónicos, covalentes o metálicos

CRISTALES IÓNICOS

Punto de fusión elevado, duros y

muy frágiles, conductividad

eléctrica baja y presentan cierta

elasticidad. Ej.: NaCl (sal

común).

CRISTALES METÁLICOS

Opacos y buenos conductores térmicos y

eléctricos. No sontan duros como los anteriores, aunque

sí maleables y dúctiles. Ej.: Hierro,

estaño, cobre.

CRISTALES COVALENTES

Gran dureza y elevada temperatura de fusión.

Suelen ser transparentes

quebradizos y malos conductores de la

electricidad. No sufren deformación plástica (es decir, al intentar

deformarlos se fracturan). Ej.:

Diamante.

Según la posición de los átomos en los vértices de la celda unitaria de la red cristalina existen:

REDES CÚBICAS SENCILLAS Los átomos ocupan sólo los vértices de la celda unidad.

REDES CÚBICAS CENTRADAS EN EL CUERPO (BCC)Los átomos, además de ocupar los vértices, ocupan el centro de la celda. En este caso cristalizan el hierro y el cromo.

REDES CÚBICAS CENTRADAS EN LAS CARAS (FCC)Los átomos, además de ocupar los vértices, ocupan el centro de cada cara de la celda. Cristalizan en este tipo de redes el oro, cobre, aluminio, plata.

REDES HEXAGONALES COMPACTAS (HC)La celda unitaria es un prisma hexagonal con átomos en los vértices y cuyas bases tiene un átomo en el centro. En el centro de la celda hay tres átomos más. En este caso cristalizan metales como cinc, titanio y magnesio.

REDES CÚBICAS SENCILLAS

REDES CÚBICAS

CENTRADAS EN EL CUERPO

REDES CÚBICAS

CENTRADAS EN LAS CARAS

REDES HEXAGONALES

¡MUCHASGRACIAS!