Atomos y Estructura Cristalina

1. Brian Serrano.
20.864.948.
Ing. Mtto. Mecánico.
Átomos y Estructura
Cristalina
Republica Bolivariana de Venezuela.
Ministerio del Poder Popular Para la Educación
Universitaria.
I.U.P. Santiago Mariño
Maracaibo Estado Zulia
Catedra: Estadística
San Francisco, 02 de octubre de 2015.

2. ÁTOMOS.

3. El átomo en la antigüedad.
Los filósofos griegos discutieron mucho acerca de la
naturaleza de la materia y concluyeron que el mundo era
más simple de lo que parecía. Algunas de sus ideas de
mayor relevancia fueron:
• Leucipo y Demócrito: En el siglo V a. C., Leucipo
sostenía que había un sólo tipo de materia y pensaba
que si dividíamos la materia en partes cada vez más
pequeñas, obtendríamos un trozo que no se podría
cortar más. Demócrito llamó a estos trozos átomos
("sin división").
• La filosofía atomista de Leucipo y Demócrito podía
resumirse en:
1.- Los átomos son eternos, indivisibles, homogéneos e
invisibles.
2.- Los átomos se diferencian en su forma y tamaño.
3.- Las propiedades de la materia varían según el
agrupamiento de los átomos.
Leucipo
Demócrito

4. El átomo en la antigüedad.
• Empédocles: En el siglo IV a. C., Empédocles
postuló que la materia estaba formada por 4 elementos:
tierra, aire, agua y fuego.
• Aristóteles: posteriormente, postula que la materia
estaba formada por esos 4 elementos pero niega la idea
de átomo, hecho que se mantuvo hasta 200 años
después en el pensamiento de la humanidad.
Agua. Aire. Tierra. Fuego.

5. Teoría atómica de Dalton.
En 1808, John Dalton publicó su teoría atómica, que retomaba las antiguas ideas de Leucipo y de
Demócrito. Según la teoría de Dalton:
1.- Los elementos están formados por partículas diminutas, indivisibles e inalterables llamadas
átomos.
Dalton estableció un sistema para designar a cada átomo de forma que se pudieran distinguir entre
los distintos elementos:

6. 2.- Los átomos de un mismo elemento son todos iguales entre sí en masa,
tamaño y en el resto de las propiedades físicas o químicas. Por el contrario,
los átomos de elementos diferentes tienen distinta masa y propiedades.
Teoría atómica de Dalton.
Según la teoría atómica de Dalton cada
elemento tiene todos sus átomos iguales y
diferentes de los demás.
Elemento hidrogeno, con todos sus
átomos iguales.
Átomo del elemento hidrogeno.
Átomo del elemento oxigeno.
Elemento oxigeno, con todos sus
átomos iguales.
H
H
H
H
H
H
O
O
O
O
O
O
H

7. 3.- Los compuestos se forman por la unión de átomos de los
correspondientes elementos según una relación numérica sencilla y
constante.
Teoría atómica de Dalton.
Según la teoría atómica de Dalton un
compuesto se forma por la unión de átomos
de diferentes elementos.
Compuesto Agua, formado por la
unión de 2 átomos de hidrogeno con
1 átomo de oxigeno en cada
molécula.
Átomo del elemento hidrogeno.
Átomo del elemento oxigeno.
Compuesto Agua
oxigenada, formado por la
unión de 2 átomos de
hidrogeno y 2 atomos de
oxigeno en cada molécula,
H H H
H
O
O
O
O
O O
H
H
H
HH
O

8. De la teoría atómica de Dalton se pueden obtener las siguientes
definiciones:
- Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva sus
propiedades.
- Un elemento es una sustancia pura que está formada por átomos
iguales.
- Un compuesto es una sustancia que está formada por átomos distintos
combinados en una relación numérica sencilla y constante.
Teoría atómica de Dalton.

9. El átomo es divisible.
Una vez aceptada la teoría atómica de la materia, los fenómenos de electrización y electrólisis pusieron de
manifiesto, por un lado, la naturaleza eléctrica de la materia y, por otro, que el átomo era divisible; es decir, que
estaba formado por otras partículas fundamentales más pequeñas.
Los fenómenos eléctricos son una manifestación de su carga eléctrica. La unidad de carga eléctrica en el SI es el
culombio (C).
Hay 2 tipos de cargas eléctricas: positiva y negativa. dos cuerpos que hayan adquirido una carga del mismo tipo se
repelen, mientras que si poseen carga de distinto tipo se atraen.
-+
+ +
FF
F F

10. La materia es eléctricamente neutra, es decir, tiene
la misma cantidad de cada tipo de carga. cuando
adquiere carga, tanto positiva como negativa, es
porque tiene más cantidad de un tipo que de otro.
A finales del siglo XIX y principios del XX, una
serie de experimentos permitieron identificar las
partículas responsables de la carga negativa
(el electrón) y de la carga positiva (el protón). Estos
experimentos proporcionaron los datos siguientes
sobre la estructura de la materia:
- El átomo contiene partículas materiales
subatómicas.
- Los electrones tienen carga eléctrica negativa y
masa. Cada electrón posee una carga eléctrica
elemental.
- Los protones tienen carga eléctrica positiva y
mayor masa.
- Como el átomo es eléctricamente neutro, hay que
suponer que el número de cargas eléctricas negativas
(electrones) es igual al número de cargas positivas
(protones).
El átomo es divisible.

11. Modelos atómicos
En Ciencia, un modelo intenta explicar una teoría mediante una comparación. Un modelo será tanto más perfecto
cuanto más claramente explique los hechos experimentales. El modelo es válido mientras explica lo que ocurre en los
experimentos; en el momento en que falla, hay que modificarlo.
Modelo atómico de
Thomson
Por ser tan pequeña la masa de los
electrones, el físico inglés J. J. Thomson
supuso, en 1904, que la mayor parte de la
masa del átomo correspondía a la carga
positiva, que, por tanto, debía ocupar la
mayor parte del volumen atómico.
Thomson imaginó el átomo como una
especie de esfera positiva continua en la
que se encuentran incrustados los
electrones (como las pasas en un pudin).
- La electrización:
Es el exceso o la
deficiencia de
electrones que tiene
un cuerpo y es la
responsable de su
carga eléctrica
negativa o positiva.
- La formación de
iones: Un ion es un
átomo que ha ganado o
ha perdido electrones.
Si gana electrones
tiene carga neta
negativa y se llama
anión y si pierde
electrones tiene carga
neta positiva y se llama
catión.
+5
--
- -
-
Formación de Iones – Explicación con el
modelo de Thomson.
Formación de un catión de carga +1
Formación de un catión de carga +2
Formación de un anión de carga -1
Formación de un anión de carga -2
Carga neta = +5 -5 = 0

12. Modelos atómicos
Modelo atómico de Rutherford
El modelo de Thomson tuvo una gran
aceptación hasta que, en 1911, el
químico y físico inglés Ernest
Rutherford y sus colaboradores llevaron
a cabo el "Experimento de Rutherford". El Modelo atómico de Rutherford o modelo nuclear
establece que:
- El átomo tiene un núcleo central en el que están
concentradas la carga positiva y casi toda la masa.
- La carga positiva de los protones del núcleo se encuentra
compensada por la carga negativa de los electrones, que
están fuera del núcleo.
- El núcleo contiene, por tanto, protones en un número
igual al de electrones del átomo.
- Los electrones giran a mucha velocidad alrededor del
núcleo y están separados de éste por una gran distancia.

13. El modelo atómico de Bohr
Para solucionar los problemas planteados, el físico danés Niels Bohr
formuló, en 1913, una hipótesis sobre la estructura atómica. Sus
postulados eran:
1) El electrón sólo se mueve en unas órbitas circulares "permitidas"
(estables) en las que no emite energía. El electrón tiene en cada órbita
una determinada energía, que es tanto mayor cuanto más alejada esté la
órbita del núcleo.
2) La emisión de energía se produce cuando un electrón salta desde un
estado inicial de mayor energía hasta otro de menor energía.
Modelos atómicos.

14. La distribución de electrones
Con el modelo atómico de Bohr sólo se podía explicar el
espectro del átomo de hidrógeno. Hacia 1920 se introdujeron
modificaciones y se desarrollaron nuevos modelos atómicos.
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.
...
La distribución por capas de los electrones de un átomo de un
elemento se conoce como estructura o configuración electrónica
del elemento.
A los electrones que están situados en la última
capa se les denomina electrones de valencia y,
al nivel que ocupan, capa de valencia. Estos
electrones son los responsables de las
propiedades químicas de las sustancias.

15. Los neutrones
La masa de protones y electrones no coincidía con la masa total del
átomo; por tanto, Rutherford supuso que tenía que haber otro tipo de
partículas subatómicas en el núcleo de los átomos.
Estas partículas fueron descubiertas en 1933 por J. Chadwick. Al no
tener carga eléctrica recibieron el nombre de neutrones.
Los neutrones son partículas sin carga y de masa algo mayor que la
masa de un protón.
Estructura del átomo
Según 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.

16. Identificación de los átomos
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. Por ejemplo: Todos los átomos de
hidrógeno tienen 1 protón en su núcleo, todos los átomos
de oxígeno tienen 8 protones en su núcleo, todos los
átomos de hierro tienen 26 protones en su núcleo, ..., y
esto permite clasificarlos en la tabla periódica por orden
creciente de este número de protones.
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.
Isótopos
A comienzos del siglo XX se descubrió que no todos los
átomos de un mismo elemento tenían la misma masa. Es decir,
el número de neutrones puede variar para átomos del mismo
elemento.
Los isótopos son átomos de un mismo elemento que tienen
igual número atómico, pero distintos números másicos. Es
decir, tienen el mismo número de protones pero distinto
número de neutrones.

17. Masa atómica relativa
La masa atómica relativa de un elemento es la que corresponde a uno de
sus átomos y equivale prácticamente a la suma de las masas de sus
protones y neutrones, ya que la de los electrones es tan pequeña que
puede despreciarse. Así, la mayor parte de la masa del átomo se
encuentra en el núcleo.
Isótopos y masa atómica
Como hemos visto, no todos los átomos de un mismo elemento son
exactamente iguales. La mayoría de los elementos tienen diferentes
isótopos y esto hay que tenerlo en cuenta para calcular la masa atómica.
La masa atómica de un elemento es la media ponderada de sus isótopos
(Por eso, la masa atómica de un elemento no es un número entero).

18. ESTRUCTURA
CRISTALINA.

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

20. Estructura.
Los cristales, átomos, iones o moléculas se empaquetan y dan lugar a
motivos que se repiten del orden de 1 Ángstrom = 10-8 cm; a esta
repetitividad, en tres dimensiones, la denominamos red cristalina. El
conjunto que se repite, por translación ordenada, genera toda la red
(todo el cristal) y la denominamos unidad elemental o celda unidad.
Diferencias entre vidrios y cristales.
En ocasiones la repetitividad se rompe o no es exacta, y esto diferencia
los vidrios y los cristales, los vidrios generalmente se denominan
materiales amorfos (desordenados o poco ordenados).
No obstante, la materia no es totalmente ordenada o desordenada
(cristalina o no cristalina) y nos encontramos una graduación continua
del orden en que está organizada esta materia (grados de cristalinidad),
en donde los extremos serían materiales con estructura atómica
perfectamente ordenada (cristalinos) y completamente desordenada
(amorfos).
Cuarzo incoloro.

21. Estructura Cristalina Ordenada.
En la estructura cristalina (ordenada) de los compuestos inorgánicos, los
elementos que se repiten son átomos o iones enlazados entre sí, de
manera que generalmente no se distinguen unidades aisladas; estos
enlaces proporcionan la estabilidad y dureza del material. En
los compuestos orgánicos se distinguen claramente unidades
moleculares aisladas, caracterizadas por uniones atómicas muy débiles,
dentro del cristal. Son materiales más blandos e inestables que los
inorgánicos.
Estructura del diamante.
Cristal.
La mayoría de los cristales naturales se forman a partir de la
cristalización de gases a presión en la pared interior de cavidades
rocosas llamadas geodas. La calidad, tamaño, color y forma de los
cristales dependen de la presión y composición de gases en dichas
geodas (burbujas) y de la temperatura y otras condiciones del magma
donde se formen.

22. Sistema cristalino.
Un sólido cristalino se construye a partir de la repetición
en el espacio de una estructura elemental
paralelepipédica denominada celda unitaria. En función
de los parámetros de red, es decir, de las longitudes de
los lados o ejes del paralelepípedo elemental y de los
ángulos que forma
Se define como celda unitaria, la porción más simple de la
estructura cristalina que al repetirse mediante traslación
reproduce todo el cristal. Todos los materiales cristalinos
adoptan una distribución regular de átomos o iones en el
espacio.
Se trata de un arreglo espacial de átomos que se repite en el
espacio tridimensional definiendo la estructura del cristal. Se
caracteriza por tres vectores que definen las tres direcciones
independientes del sistema de coordenadas de la celda. Esto
se traduce en seis parámetros de red, que son los módulos, a,
b y c, de los tres vectores, y los ángulos alpha, beta y
gamma que forman entre sí.
Celda Unitaria.

23. Brian Serrano.
San Francisco, 02 de octubre de 2015.