República Bolivariana de VenezuelaInstituto Universitario Politécnico

“Santiago Mariño”Edo. Táchira – Extensión San Cristóbal

Estructura atómica de los materiales

Estudiante:David G. Monzón V.C.I: 24.744.653Ing. Industrial.

Ingeniera:Senobia Castillo.

San Cristóbal, mayo de 2016

Un átomo es la unidad constituyente más pequeña de la materia que tiene las propiedades de un elemento químico.1 Cada sólido, líquido, gas y plasma se compone de átomos neutros o ionizados. Los átomos son muy pequeños; los tamaños típicos son alrededor de 100 pm (diez mil millonésima parte de un metro).2 No obstante, los átomos no tienen límites bien definidos y hay diferentes formas de definir su tamaño que dan valores diferentes pero cercanos. Los átomos son lo suficientemente pequeños para que la física clásica dé resultados notablemente incorrectos. A través del desarrollo de la física, los modelos atómicos han incorporado principios cuánticos para explicar y predecir mejor su comportamiento.

El Átomo.

Los átomos son la unidad básica estructural de todos los materiales de ingeniería. Los átomos constan principalmente de tres partículas subatómicas básicas, protones neutrones y electrones. El modelo común consta de un pequeño núcleo de alrededor de 10-14 m de diámetro rodeado de una nube de electrones relativamente poco dispersa y de densidad variable de modo que el diámetro del átomo es del orden de 10-10 m. El Núcleo aglutina casi toda la masa del átomo y contiene protones y neutrones, el protón tiene una masa de 1.673*10-24g, y una carga unitaria de 1.602*10-19C. El neutrón el ligeramente más pesado que el protón con una masa de 1.675*10-24 g, pero no tiene carga. El electrón tiene una masa relativamente pequeña de 9.79*10-28 g. (1/1836 veces la del protón) y una carga de –1.602*10-19 C. (igual en carga pero de signo opuesto a la del protón.

Estructura atómica de los materiales.

El modelo atómico de Bohr: Fue propuesto en 1913 por el físico danés Niels Bohr. Es un modelo clásico del átomo, pero fue el primer modelo atómico en el que se introduce una cuantización a partir de ciertos postulados. Dado que la cuantización del momento es introducida en forma ad hoc, el modelo puede considerarse transicional en cuanto a que se ubica entre la mecánica clásica y la cuántica. El modelo atómico de Thomson : es una teoría sobre la estructura atómica propuesta en 1904 por Joseph John Thomson, quien descubrió el electrón1 en 1897, 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, incrustados en este al igual que las pasas de un pudin.

Los átomos están formados por un núcleo, de tamaño reducido y cargado positivamente, rodeado por una nube de electrones, que se encuentran en la corteza.

electrones Es una partícula elemental con carga eléctrica negativa igual a 1,602 · 10-19 Coulomb y masa igual a 9,1093 · 10-28 g, que se encuentra formando parte de los átomos de todos los elementos.

NeutronesEs una partícula elemental eléctricamente neutra y masa ligeramente superior a la del protón (mneutrón=1.675 · 10-24 g), que se encuentra formando parte de los átomos de todos los elementos.

Protones Es una partícula elemental con carga eléctrica positiva igual a 1,602 · 10-19 Coulomb y cuya masa es 1837 veces mayor que la del electrón (mprotón=1.673 · 10-24 g). La misma se encuentra formando parte de los átomos de todos los elementos.

La nube de carga electrónica constituye de este modo casi todo el volumen del átomo, pero, sólo representa una pequeña parte de su masa. Los electrones, particularmente la masa externa determinan la mayoría de las propiedades mecánicas, eléctrica, químicas, etc., de los átomos, y así, un conocimiento básico de estructura atómica es importante en el estudio básico de los materiales de ingeniería.

Fuerzas y energía de enlace:

Cuando se forman enlaces entre átomos existe afinidad química entre estos. Cuando no hay afinidad química, los átomos no se unen, cada uno de ellos está bien separado de los demás, y los elementos son gaseosos a temperaturas y presiones ordinarias. Cuando hay afinidad química, existe una fuerza de atracción electroestática (coulómbica)positiva de largo alcance, FA, que acerca mucho los átomo unos a otros. Esto se muestra en la figura 1, donde la atracción ocurre entre el núcleo de un átomo (N1) y los electrones e2 del otro átomo N2. Cuando los átomos están muy próximos entre si, se manifiesta una fuerza de repulsión negativa, FR, cuyo origen es le repulsión mutua de los electrones, e1 y e2. La fuerza de enlace total, FB, es la suma de las fuerzas de atracción y repulsión; es decir,

FB = FA + FR

Enlace atómico.

• Enlace iónico: En Química, un enlace iónico o electrovalente es la unión de átomos que resulta de la presencia de atracción electrostática entre los iones de distinto signo, es decir, uno fuertemente electropositivo (baja energía de ionización) y otro fuertemente electronegativo (alta afinidad electrónica).

• Enlace covalente: Un enlace covalente entre dos átomos se produce cuando estos átomos se unen, para alcanzar el octeto estable, compartiendo electrones del último nivel1 (excepto el Hidrógeno que alcanza la estabilidad cuando tiene 2 electrones). La diferencia de electronegatividad entre los átomos no es lo suficientemente grande como para que se produzca una unión de tipo iónica. Para que un enlace covalente se genere es necesario que la diferencia de electronegatividad entre átomos sea menor a 1,7.• Enlaces metálicos: Los enlaces metálicos son los enlaces electrónicos con los que se mantienen unidos los metales, los cuales toman una forma cristalina en la que los electrones forman una nube que mantiene unido el conjunto. Esta disposición es la que permite que cuando se hace circular una corriente eléctrica (flujo de electrones) o el calor, éstos se desplacen los electrones de los átomos circundantes, transmitiendo el flujo eléctrico o calórico.

tipos de enlaces atómicos:

Comportamiento intermolecular de los materiales:

El comportamiento molecular depende del equilibrio (o falta de el) de las fuerzas que unen o separan las moléculas, entre las diferentes fuerzas de orden intermoleculares que mantienen unidos los átomos dentro de la molécula y mantener la estabilidad de las moléculas individuales, tenemos:

Fuerza de orientación

Fuerza de dispersión

Fuerza de atracción

Fuerzas de orientación : (aparecen entre moléculas con momento dipolar diferente) -Fuerzas de inducción (ion o dipolo permanente producen en una molécula apolar una separación de cargas por el fenómeno de inducción electrostática)

Fuerza intermolecular de los materiales.

Fuerzas de dispersión : (aparecen en tres moléculas apolares).En la naturaleza, las uniones entre molécula son de tipo dipolar, siendo las más características las fuerzas de Van der Waals y los puentes de hidrógeno.

fuerzas de atracción : entre moléculas (monoatómicas o poli atómicas) sin carga neta se conocen con el nombre de fuerzas intermoleculares o fuerzas de van der Waals. Dichas fuerzas pueden dividirse en tres grandes grupos: las debidas a la existencia de dipolos permanentes, las de enlace de hidrógeno y las debidas a fenómenos de polarización transitoria (fuerzas de London).

Factor de empaquetamiento atómico:el factor de empaquetamiento atómico (FEA), es la fracción de volumen

en una celda unidad que está ocupada por átomos. Este factor es adimensional. Para propósitos prácticos, el FEA de una celda unidad se determina asumiendo que los átomos son esferas rígidas. Con respecto a cristales de un componente (los que contienen un tipo de átomo único), el FEA se representa matemáticamente por:

FEA =

donde Nátomos es el número de átomos en la celda unidad, Vátomo es el volumen de un átomo, y Vcelda unidad es el volumen ocupado por la celda unidad. Matemáticamente se puede probar que, para estructuras de un componente, el valor del FEA del arreglo más denso de átomos es de alrededor de 0.74. En realidad, debido a factores intermoleculares específicos, esta cifra puede ser mayor. Referente a estructuras de componentes múltiples puede exceder el 0.74.