Estructura Atómica de los Materiales

Republica Bolivariana de Venezuela Instituto politécnico “Santiago Mariño” Extensión Mérida

GRISALES RANGEL DIEGO ANDRESC.I 24195122ESC: 46DIBUJO DE MAQUINAS.PROF. DOUGLAS GARCIA

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.

Estructura atómica de los materiales

Un protón es una partícula subatómica con carga eléctrica positiva que se encuentra dentro del núcleo atómico de los átomos.

Un electrón es una partícula elemental estable cargada negativamente que constituye uno de los componentes fundamentales del átomo.

Un neutrón es una partícula subatómica contenida en el núcleo atómico. No tiene carga eléctrica neta, a diferencia de carga eléctrica positiva del protón.

El Peso Atómico se refiere a la masa por mol de sustancia

Estructura del átomo

Atracciones Interatómicas

Las fuerzas que mantienen juntos a los átomos, se llaman fuerza cohesivas. Estos enlaces interatómicos pueden calificarse en primarios o segundarios. La fuerza de estos enlaces, así como su capacidad para reformarse después de su separación determinan las propiedades físicas del material. Los enlaces atómicos primarios pueden ser de tres tipos

Enlace Mecánico Enlace iónico Enlace covalente

Enlace Mecánico

En un enlace mecánico dos moléculas están unidas, pero no existe enlace químico entre ellas, sino que están interfijadas mecánicamente. Encontramos ejemplos de este tipo de enlace en catenanos y rotaxanos.

A pesar de que no existe enlace químico propiamente dicho, ambos componentes del enlace mecánico están íntimamente ligados, de manera que no es posible separarlos sin romper otros enlaces covalentes. Esto hace que la molécula formada sea una verdadera molécula y no un ejemplar supramolecular, como ocurre en otros casos.

Enlace iónico La atracción electrostática entre átomos de diferente carga eléctrica genera un tipo de enlace conocido como enlace iónico. Es necesario que para que pueda darse dicho enlace uno se los átomos pueda ceder electrones y por el contrario el otro pueda ganar electrones, es decir, se produce la unión entre átomos que pasan a ser cationes y aniones. Este tipo de enlace generalmente se produce entre un elemento metálico (electropositivo) y elemento no metálico (electronegativo).  

Un ejemplo típico de este tipo de enlace lo  es  el cristal iónico cloruro de sodio ( NaCl )  sal común. En este enlace tiene lugar la transferencia de un electrón del átomo de sodio al átomo de cloro, como se observa a continuación

Enlace covalente Los enlaces covalentes se definen como la unión que se produce entre 2 átomos por la compartición de 2 o más electrones de su capa externa con objeto de formar una molécula estable. Un ejemplo claro es la molécula de Cloro, el cloro en estado natural se presenta como una molécula formada por 2 átomos de cloro, dichos átomos de cloro se encuentran unidos mediante un enlace covalente producido por la compartición de 2 electrones

Durante este proceso 2 átomos se han unido para formar una molécula, obviando la teoría de los orbitales moleculares enlazantes / antienlazantes y con objeto de explicarlo de una manera sencilla, podemos decir que 2 orbitales atómicos (Cl + Cl) se unen para formar un nuevo orbital molecular (Cl2).Los orbitales se definen como las regiones de los átomos o moléculas donde se encuentran los electrones.

Enlace covalente polarSe origina cuando uno de los átomos dispone de mayor fuerza de atracción de los electrones hacia su núcleo, como resultado se origina una molécula con parte negativa y otra parte positiva 

 Enlace covalente apolarSe produce cuando ambos átomos disponen de la misma fuerza de atracción de los electrones hacia su mismo núcleo.

Comportamiento intermolecular de los materiales

Las Fuerzas Intermoleculares, son fuerzas de atracción y repulsión entre las moléculas. El comportamiento molecular depende en gran medida del equilibrio (o falta de él) de las fuerzas que unen o separan las moléculas, y el estudio de esos fenómenos fue parte importante del desarrollo de la química física

Las fuerzas de atracción explican la cohesión de las moléculas en los estados liquido y sólido de la materia, Estas fuerzas son las responsables de muchos fenómenos físicos y químicos como la adhesión, rozamiento, difusión, tensión superficial y la viscosidad.

Existen diferentes tipos de interacciones.

•Fuerzas de orientación •Fuerzas de inducción •Fuerzas de dispersión •Fuerzas de repulsión

Comportamiento intermolecular de los materiales

Fuerzas de orientación

Es la primera fuerza de tipo atractivo, conduce a lo que se llama energía de orientación y está presente en las agrupaciones moleculares, se presenta en moléculas con dipolo permanente orientándose de acuerdo a sus cargas

Este tipo de fuerza se presenta entre moléculas con dipolo permanente y otra sin dipolo permanente este último bajo la influencia del primero se distorsiona y orienta con relación a la primera formando un dipolo inducido. Las cargas contrarias quedan orientadas como en el primer caso, pero la energía en este caso es de inducción

Fuerzas de inducción

Fuerzas de dispersión Fuerzas de repulsión

Comportamiento intermolecular de los materiales

Es la tercera clase de fuerza que conduce a la energía de dispersión, explica el comportamiento de los gases nobles y al mismo tiempo resulta ser el principal contribuyente a la atracción de Van der Waals. La energía de dispersión se atribuye a la atracción entre dos dipolos inducidos

La cuarta fuerza necesariamente grande y repulsiva, se manifiesta cuando las nubes electrónicas saturadas de electrones empiezan a traslaparse. Esta energía se conoce como energía de repulsión de LONDON y predominan sobre las energías anteriores.

Acomodamiento atómicoSe llama cristales a los acomodamientos atómicos repetitivos en las tres dimensiones. Esta repetición de patrones tridimensionales se debe a la coordinación atómica dentro del material, algunas veces este patrón controla la forma externa del cristal. El acomodamiento atómico interno persiste, aunque la superficie externa se altere. Los acomodamientos cristalinos pueden tomar uno de siete principales patrones de acomodamiento cristalino. Estos están estrechamente relacionados con la forma en la que se puede dividir el espacio en iguales volúmenes por superficies planas de intersección.

•Cúbica de caras centradas•Cúbico simple•Cristales Cúbicos•Cúbico de cuerpos centrados•Cristales Hexagonales