Instituto Universitario Politécnico

“Santiago Mariño”

Extensión Porlamar

Tecnología de los materiales

Átomos y estructuras cristalinas

Prof : realizado por :

Julián Carneiro Floriannys Maita C.I 24.720.770

Introducción

El átomo es la unidad de partículas más pequeñas que puede existir como sustancia simple (elemento químico), y que puede intervenir en una combinación química. A lo largo de los siglos, el tamaño y la naturaleza del átomo sólo fueron objeto de especulaciones, por lo que su conocimiento avanzó muy lentamente. Un Modelo Atómico es una representación gráfica que permite explicar, lo mejor posible a la estructura del átomo. Como bien se sabe los átomos son representaciones, pues nadie los ha visto; se deducen de experimentaciones, que evolucionan con la tecnología.

ÁtomoEs la unidad de partículas más pequeñas que puede existir

como sustancia simple (elemento químico), y que puede intervenir en una combinación química. Su término en griego significa “no divisible”, propuesto por Demócrito y Leucipo, quienes suponían que la materia estaba formada por partículas indivisibles e indestructibles. 

A lo largo de los siglos, el tamaño y la naturaleza del átomo sólo fueron objeto de especulaciones, por lo que su conocimiento avanzó muy lentamente. En los siglos XVI y XVII fue el comienzo y desarrollo de la química experimental, donde el científico inglés John Dalton propuso que la materia está formada por átomos a los cuales asignó una masa característica y que difieren de un elemento, y los representó como esferas macizas e indivisibles.

Más adelante el físico ingles J.J. Thomson con la ayuda de la utilización de rayos catódicos, propuso un modelo simple de cargas eléctricas negativas (electrones) en el interior de una esfera positiva. Rutherford planteó que en el átomo existe un núcleo con carga positiva y los electrones situados en una corteza girando a su alrededor, como un sistema solar.

De igual manera, el físico danés Bohr amplió el modelo de Rutherford, concluyendo que el electrón gira alrededor del núcleo en órbitas circulares y la corteza estaba compuesta de niveles de energía. Posteriormente Sommerfeld propuso que el electrón gira es en órbitas elípticas y no circulares.

Modelo atómico:

Un Modelo Atómico es una representación gráfica que permite explicar, lo mejor posible a la estructura del átomo. Como bien se sabe los átomos son representaciones, pues nadie los ha visto; se deducen de experimentaciones, que evolucionan con la tecnología. En la antigua Grecia, los primeros filósofos opinaban que la materia estaba constituida por minúsculas partículas indestructibles, que llamaron átomos. Se trataba solo; sin embargo, de una doctrina filosófica, que no logró aceptación universal por falta de testimonios experimentales.

Estructura del átomo

En el átomo distinguimos dos partes: el núcleo y la corteza.

El núcleo es la parte central del átomo y contiene partículas con carga positiva, los protones, y partículas que no poseen carga eléctrica, es decir son neutras, los neutrones. La masa de un protón es aproximadamente igual a la de un neutrón.

La corteza es la parte exterior del átomo. En ella se encuentran los electrones, con carga negativa. Éstos, ordenados en distintos niveles, giran alrededor del núcleo.

La masa de un electrón es unas 2000 veces menor que la de un protón.Los átomos son eléctricamente neutros, debido a que tienen igual número de protones que de electrones. Así, el número atómico también coincide con el número de electrones.

Propiedades de los átomos

Los átomos son partículas complejas que están compuestos a su vez de más o menos partículas. Cada átomo es como un sistema planetario en el que, fundamentalmente los protones del núcleo, cargados positivamente, interaccionan con los electrones de la periferia, cargados negativamente.Estas interacciones, que condicionan su comportamiento,  pueden medirse de forma indirecta estudiando ciertas propiedades de los átomos.

Como propiedades de los átomos nos interesan las siguientes:

El tamaño: Consideraremos el tamaño de un átomo como el espacio que ocupa su nube electrónica.

El potencial de ionización: Es la energía que hay que ceder a un átomo en estado gaseoso para arrancarle su electrón más externo. Las reacciones entre átomos (y moléculas) se establecen mediante intercambio o compartición de electrones y, por tanto, es un parámetro importante para conocer su reactividad.

La afinidad electrónica: Es la energía que se pierde o se gana cuando un átomo acepta un electrón en su capa más externa disponible. Es un parámetro cualitativamente complementario del anterior que perimite conocer su reactividad.

La electronegatividad: Es la capacidad que tiene un átomo de atraer hacia sí un par de electrones que comparte con otro átomo para formar un enlace. Este parámetro es muy importante para comprender la reactividad de las moléculas.

Tipo de modelos de atomos

Modelo atómico de Thomson

Thomson era un científico de origen británico, fue quien descubrió los isótopos y los electrones. Fue quien ganó el premio nobel de física en el año 1906. Su teoría sobre el átomo sostenía que los átomos se mantenían formados por electrones con carga negativa en un átomo con carga positiva. Fue gracias a la electricidad que Thomson logro desarrollar su modelo.

Su teoría sobre el átomo sostenía que los átomos se mantenían formados por electrones con carga negativa en un átomo con carga positiva. Fue gracias a la electricidad que Thomson logro desarrollar su modelo.

Modelo atómico de Rutherford

Rutherford establecía que el átomo estaba compuesto de un núcleo atómico que poseía una carga positiva y de una corteza en donde los electrones (los cuales tienen carga negativa) giran con gran velocidad en los alrededores del núcleo donde se encontraba toda la masa del átomo.

Definía esa masa como una concentración de carga positiva. Este se encargó de estudiar las partículas radioactivas que son las partículas beta, gamma y alfa. Fue quien primero definió un modelo atómico en el que demostró que un átomo estaba compuesto de un núcleo y de una corteza. Este ganó el premio nobel de la química en el año 1908.

Modelo atómico de Sommerfeld

Sommerfeld era un físico alemán, la aportación más significativa de este físico fue el cambio del concepto de las órbitas circulares, que definían los electrones en el modelo atómico de Bohr por las  órbitas elípticas.

El hallazgo de Sommerfeld fue el perfeccionamiento del modelo de Bohr con las órbitas elípticas lo que permitió el  descubrimiento del número cuántico Azimutal. Mientras mayor era este número mayor seria la excentricidad de la órbita elíptica que describía al electrón.

Modelo atómico cúbico de Lewis

Gilbert Newton Lewis físico y químico estadounidense quien realizó muchos trabajos científicos de los cuáles se cabe mencionar la “estructura de Lewis” también llamada como el “diagrama de punto”. Este modelo atómico se basaba en un cubo, donde este decía que los electrones de un átomo estaban colocados de forma cúbica. Lewis vivió entre los años 1875 y 1946.

Modelo atómico de Bohr

Este modelo atómico explicaba y afirmaba la expresión empírica que había conseguido Rydberg. Sostenía que el núcleo del átomo de hidrógeno tenía un protón en él, y girando a su alrededor había un electrón.

El modelo que Bohr surgía de la idea del modelo de Rutherford, usando conceptos que eran estudiados por Max Planck y Einstein, varios años antes. Gracias a la simplicidad de este modelo, aún en la actualidad se usa para resumir la estructura de la materia.

Modelo atómico de Dalton

Dalton fue un químico y matemático de origen británico, es de su nombre que procede la palabra “Daltonismo”. Fue Dalton quien escribió sobre el daltonismo porque él mismo lo padecía. Por otro lado, fue el primero que desarrolló un modelo atómico con bases científicas. 

Estructura Cristalina 

 

Los nudos de las distintas celdillas, señalados por bolitas negras en las figuras de las redes de Bravías, son todos equivalentes y no están ocupados necesariamente por un único átomo. En determinados materiales cada nudo puede tener asociado una molécula, un grupo de átomos, o incluso, un grupo de moléculas. Esto es particularmente frecuente en el caso de materiales cerámicos y poliméricos.

 

 

Al átomo, molécula o grupo de átomos o de moléculas que se debe asociar a cada nudo de la red para reproducir todo el cristal se lo denomina base o motivo. Así pues, una estructura cristalina real —un cristal— se construye colocando una base en cada una de las posiciones marcadas por la red de Bravías correspondiente (o sea en sus nudos). Es decir, los términos «red» y «estructura» no son sinónimos y no deberían confundirse, aunque es relativamente frecuente verlos empleados de modo incorrecto. Esquemáticamente, podemos resumir esta idea diciendo que estructura cristalina = red espacial + base.

Características de las estructuras cristalinas 

La descripción detallada de una estructura cristalina no consiste únicamente en la identificación del tipo de red que subyace en ella cuál es el tipo de celdilla unidad y cuáles son sus dimensiones, también otras características resultan extraordinariamente útiles y se utilizan con frecuencia.

Consideremos la red cúbica simple representada en la siguiente figura (el interés por esta red reside en su simplicidad). La celdilla de la estructura real tomará el aspecto que se muestra en la parte derecha de la figura. Como puede verse, los átomos considerados como esferas duras se tocan a lo largo de las aristas del cubo. Hay otro aspecto interesante: los átomos no rellenan completamente el volumen de la celdilla. Son este tipo de características las que ahora nos interesa describir.

Red cubica simple. Estructura cubica simple.

Tipos de estructuras cristalinas

 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):

Se trata de un empaquetado ABC en el que la tercera capa cubre los huecos de la primera que no han sido cubiertos por la segunda

La red basada en el ECC es una red cúbica centrada en las caras. Su orientación respecto del empaquetado compacto es la siguiente:

 Empaquetado hexagonal compacto (EHC):

Se trata de un empaquetado ABA en el que la tercera capa ocupa exactamente la misma posición que la primera, constituyendo las estructuras más compactas o densas posibles. Es una estructura característica de muchos metales como el oro, plata, plomo, etc.

La red basada en el EHC es una red hexagonal múltiple con un nudo adicional en su interior.

Existen empaquetados de orden superior que darían lugar a estructuras con alternancias de empaquetados cúbicos y hexagonales compactos.

 

Coordinación de lugares interatómicos en empaquetados densos

Los empaquetados cúbicos y hexagonales poseen una característica muy importante:

"la disposición regular de sus posiciones atómicas determina la existencia de posiciones interatómicas con un número de coordinación fijo y determinado"

Así, según los intersticios que surgen de las secuencias compactas de empaquetamiento (cúbico compacto o hexagonal compacto), que aparecen, fundamentalmente, en coordinación tetraédrica (coordinación 4) y octaédrica (coordinación 6), estén ocupados total o parcialmente por cationes, se originarán diferentes tipo

Conclusión

Los átomos son partículas complejas que están compuestos a su vez de más o menos partículas. Cada átomo es como un sistema planetario en el que, fundamentalmente los protones del núcleo, cargados positivamente, interaccionan con los electrones de la periferia, cargados negativamente. La descripción detallada de una estructura cristalina no consiste únicamente en la identificación del tipo de red que subyace en ella cuál es el tipo de celdilla unidad y cuáles son sus dimensiones, también otras características resultan extraordinariamente útiles y se utilizan con frecuencia. Consideremos la red cúbica simple representada en la siguiente figura (el interés por esta red reside en su simplicidad). La celdilla de la estructura real tomará el aspecto que se muestra en la parte derecha de la figura. Como puede verse, los átomos considerados como esferas duras se tocan a lo largo de las aristas del cubo.

Bibliografía

http://www.mastiposde.com/atomos.html

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/atomo/estructura.htm

https://www.uam.es/departamentos/ciencias/qorg/docencia_red/QOT/T0/speriodico_exported/l134.htm

http://www.mim-us.es/estructuras_cristalinas/estructura_cristalina2.html

http://www.mim-us.es/estructuras_cristalinas/caracteristicas.html

http://www2.uned.es/cristamine/cristal/estr_tipos.htm