Estructura atomica

1. Estructura atómica de los
Nombre:
Andrés Eduardo Márquez Chacón
CI: 20.395.977
materiales

2. Estructura atómica de los materiales
El modelo atómicos actual establece que en el átomo se distinguen 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, 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.
En condiciones normales los átomos son eléctricamente neutros, debido a que tienen igual número de protones que de
electrones.

3. El modelo atómico actual es regido por la Mecánica Cuántica, cuyos padres fueron Heisenberg (1901-1976),
Schrödinger (1887-1961) y Dirac (1902-1984).
En la mecánica cuántica se define el concepto de orbital como una zona del espacio donde la probabilidad de encontrar
al electrón es máxima
La masa y carga de cada partícula se resume en el cuadro:
También resulta conveniente
indicar que existen
0.6023xퟏퟎퟐퟒ uma por gramo.
Este valor tan elevado,
conocido como número de
Avogadro, representa el
número de protones o de
neutrones que se necesitan
para
producir una masa de 1
gramo.

4. Estructura electrónica del átomo:

5. Los electrones de la corteza se localizan en capas o niveles de energía. Estos niveles de energía se numeran del 1 al 7 por
orden creciente de la energía que tienen los electrones en dicho nivel, y por distancia al núcleo del átomo.
- El nivel 1 es el más interno y menos energético.
- El nivel 7 es el más externo, y más energético.
Cada uno de estos niveles puede contener a su vez varios subniveles energéticos que se designan con las letras s, p, d y f.
Cada nivel energético dispone sólo de algunos de estos subniveles, tal y como se muestra en la tabla:
La distribución de los electrones de un átomo en estos niveles y subniveles es lo
que se conoce como configuración electrónica, y sigue una serie de reglas básicas:
• Cada subnivel puede alojar un número máximo de electrones: el subnivel s
puede tener un máximo de 2 electrones, en el subnivel p caben 6, en el
subnivel d caben 10, y en el subnivel f caben 14. Esto se debe a que en cada
orbital cabe un máximo de dos electrones y los subniveles s, p, d y f contienen
1, 3, 5 y 7 orbitales respectivamente.

6. • Los electrones se van distribuyendo entre los distintos subniveles, tendiendo a ocupar preferentemente los
subniveles de menor energía (más estables), y después los subniveles con más energía (menos estables). Un
subnivel sólo puede empezar a ocuparse cuando el subnivel inmediatamente inferior ya está completo.
La configuración electrónica de los átomos es de suma importancia, ya que determina las propiedades químicas de un
elemento. Especial relevancia tiene el número de electrones de valencia, que es el número de electrones que hay en el
último nivel ocupado (capa de valencia). Los electrones de valencia son los electrones más externos del átomo, y por
tanto los de mayor energía, y determinarán la capacidad de unión de unos átomos con otros para formar agrupaciones
de átomos (moléculas y cristales).
Electrón de valencia

7. Atracciones interatómicas e intermoleculares
El enlace químico entre átomos ocurre debido a la disminución neta de la energía potencial de los átomos en estado
enlazado. Esto significa que los átomos en estado enlazado están en condiciones energéticas más estables que cuando
están libres. En general, los enlaces químicos entre los átomos pueden dividirse en dos grupos: primarios (enlaces
fuertes) y secundarios (enlaces débiles).
• Enlaces atómicos primarios:
Los enlaces atómicos primarios, en los cuales intervienen grandes fuerzas interatómicas, pueden subdividirse en las tres
clases siguientes:
1. Enlaces iónicos: En este tipo de enlace intervienen fuerzas interatómicas relativamente grandes debidas a la
transferencia de un electrón de un átomo a otro produciéndose iones que se mantienen unidos por fuerzas culombianas
(atracción de iones cargados positiva y negativamente). El enlace iónico es un enlace no direccional relativamente fuerte.
2. Enlaces covalentes: Corresponden a fuerzas interatómicas relativamente grandes creadas cuando se comparten
electrones para formar un enlace con una dirección localizada.
3. Enlaces metálicos: Implican fuerzas interatómicas relativamente grandes creadas cuando se comparten electrones en
forma deslocalizada para formar un enlace fuerte no direccional entre los átomos.
• Enlaces atómicos secundarios y moleculares:
1. Enlaces de dipolo permanente. Corresponden a enlaces intermoleculares relativamente débiles que se forman entre
moléculas que tienen dipolos permanentes. El dipolo en una molécula existe debido a la asimetría en la distribución de
su densidad electrónica.
2. Enlaces dipolares variables. Entre los átomos puede formarse un enlace dipolar muy débil debido a la distribución
asimétrica de las densidades electrónicas alrededor de sus núcleos. A este tipo de enlaces se les llama variables debido
a que la densidad electrónica continuamente cambia con el tiempo.

8. Enlaces atómicos primarios
• Enlace Iónico:
Los enlaces iónicos pueden formarse entre elementos muy electropositivos (metálicos) y elementos muy
electronegativos (no metálicos). En el proceso de ionización, los electrones se transfieren desde los átomos de los
elementos electropositivos a los átomos de los elementos electronegativos, produciendo cationes cargados
positivamente y aniones cargados negativamente. Las fuerzas iónicas de enlace son debidas a la fuerza de atracción
electrostática o culombiana entre iones con carga opuesta. Los enlaces iónicos se forman entre iones con cargas
opuestas porque se produce una disminución neta de la energía potencial para los iones enlazados.
Las sustancias iónicas no se presentan de forma molecular,
sino que, a fin de estabilizarse energéticamente, aparecen
formando entramados cristalinos que se denominan redes, las
cuales están constituidas por iones de signo opuesto,
ocasionando un orden en el espacio

9. • Enlace covalente:
Mientras el enlace iónico incluye átomos muy electropositivos y electronegativos, el enlace covalente se forma entre
átomos con pequeñas diferencias de electronegatividad y ubicados muy próximos en la tabla periódica. En el enlace
covalente, los átomos generalmente comparten sus electrones externos s y p con otros átomos, de modo que cada
átomo alcanza la configuración electrónica de gas noble. En un enlace covalente sencillo, cada uno de los dos átomos
contribuye con un electrón a la formación del par de electrones del enlace y las energías de los dos átomos asociadas
con el enlace covalente decrecen (son más estables) como consecuencia de la interacción de los electrones. En el
enlace covalente pueden formarse enlaces múltiples de pares de electrones por un átomo consigo mismo
o con otros átomos.
El caso más sencillo de enlace covalente se da en la molécula de hidrógeno, en la cual dos átomos de hidrógeno
aportan sus electrones 1s1 para formar un par de electrones unidos por enlace covalente:

10. • Enlace metálico:
Se presenta en los metales sólidos. En los metales en estado sólido, los átomos están ordenados relativamente
muy juntos en una ordenación sistemática o estructura cristalina. En esta estructura los átomos están tan
juntos que sus electrones externos de valencia son atraídos por los núcleos de sus numerosos vecinos.
Los átomos en un enlace metálico sólido se mantienen juntos mediante este enlace para lograr un estado de más
baja energía (o más estable). Para el enlace metálico no hay restricciones sobre pares electrónicos como en el
enlace covalente, ni restricciones sobre la neutralidad de carga como en el enlace iónico. En el enlace metálico los
electrones de valencia más externos de los átomos son compartidos por muchos átomos circundantes y de este
modo, en general, el enlace metálico es no direccional.
Cuando los átomos metálicos se unen y comparten los electrones de valencia para formar un sólido cristalino, la
energía total de los átomos por separado se ve reducida por el propio proceso de enlace.

11. Enlaces atómicos secundarios o moleculares
Los enlaces secundarios son relativamente débiles en relación con los primarios y tienen energías de sólo entre 4 y 42
kJ/mol (1 a 10 kcal/mol). La fuerza motriz para la formación del enlace secundario es la atracción de los dipolos
eléctricos contenidos en los átomos o en las moléculas. Los dipolos eléctricos se crean en los átomos o en las
moléculas cuando existen centros con cargas positiva y negativa.
A estos enlaces dipolares (secundarios) se les llama enlaces de «Puente de Hidrogeno» y «Van der Waals»
• Puente de Hidrògeno:
es un caso especial de una interacción dipolodipolo permanente entre moléculas polares. El enlace del hidrógeno se
presenta cuando un enlace polar conteniendo el átomo de hidrogeno, O—H o N—H, interaciona con los átomos
eletronegativos O, N, F o Cl. Por ejemplo, la molécula de agua, H2O tiene un momento dipolar permanente de 1.84
debyes debido a su estructura asimétrica con sus dos átomos de hidrógeno y un ángulo de 105° con respecto a su
átomo de oxígeno.
• Fuerzas de Van derWaals:
Son fuerzas tipo electrostáticas que unen con enlaces polares a aquellas moléculas que no están unidas por puentes
de hidrogeno. Son mas débiles que estos.

12. Acomodamiento inter molecular de los
materiales y acomodamiento atómico
La estructura física de los materiales sólidos de importancia en ingeniería depende principalmente del
ordenamiento de los átomos, iones o moléculas que constituyen el sólido, y de las fuerzas de enlace entre ellos.
Si los átomos o iones de un sólido están ordenados de acuerdo con un patrón que se repite en el espacio, forman
un sólido que tiene un orden de largo alcance (OLA) al cual se le llama sólido cristalino o material cristalino.
Ejemplos de materiales cristalinos son los metales, las aleaciones y algunos materiales cerámicos. Contrastando
con los materiales cristalinos, existen algunos materiales cuyos átomos o iones no están ordenados en forma de
largo alcance, periódica y repetible, y poseen únicamente un orden de corto alcance (OCA). Esto significa que el
orden existe únicamente en la vecindad inmediata de un átomo o molécula. Como ejemplo tenemos al agua
líquida que tiene en sus moléculas un orden de corto alcance y en la que un átomo de oxígeno se encuentra
unido de forma covalente a dos átomos de hidrógeno. Sin embargo, este orden desaparece en la medida en que
cada molécula se une a otras moléculas en forma aleatoria a través de enlaces secundarios débiles. Los
materiales que presentan solamente un orden de corto alcance se clasifican como amorfos (sin forma) o no
cristalinos.
El ordenamiento atómico en los sólidos cristalinos se puede describir representando a los átomos en los puntos
de intersección de una red tridimensional. Esta red se llama red espacial :

13. • Estructuras metálicas:
La mayoría de los metales puros (aproximadamente 90%) cristalizan al solidificar en tres estructuras cristalinas
compactas:
Cubica centrada en el cuerpo Cubica centrada en las caras Hexagonal compacta
La mayoría de los metales cristalizan tienden empacarse densamente porque la energía disminuye a medida que
los átomos se acercan y se enlazan entre sí. De este modo, las estructuras más compactas corresponden a
ordenamientos de niveles energéticos menores y más estables.

14. • Estructura cerámica:
La gran variedad de composiciones químicas de los cerámicos se refleja en sus estructuras cristalinas. No es posible dar
una lista exhaustiva de las estructuras cerámicas, pero en su lugar puede proporcionarse una lista sistemática de
algunas de las más importantes y representativas.
1. Los cerámicos con la fórmula química más sencilla, MX, donde M es un elemento metálico y X es un elemento no
metálico. El primer ejemplo es la estructura del cloruro de cesio (CsCl)
2. la estructura del cloruro sódico (NaCl), representada en la Figura 3.9, es compartida por muchos materiales
cerámicos de importancia.
3. La fórmula química MX2 incluye un gran número de cerámicos estructurales. Como por ejemplo la estructura de
la fluorita (CaF2).

15. • Estructuras poliméricas:
En comparación con el apilamiento de átomos e iones individuales en los metales y cerámicos, la disposición de estas
largas moléculas según un patrón regular y repetitivo es difícil. En consecuencia, la mayoría de los polímeros comerciales
no presentan un alto grado de cristalinidad. En aquellas zonas de la microestructura que sí son cristalinas, la estructura
tiende a ser bastante complicada.
El polietileno, -{-C2H4-)-n, es químicamente bastante sencillo. La larga cadena se dobla sobre sí misma hacia atrás y
hacia adelante. Es una celda unidad ortorrómbica, un sistema cristalino común en los cristales poliméricos.