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Instituto Universitario Politécnico“Santiago Mariño”Extensión Porlamar
Realizado por:
Yexi Peñaloza Ingeniería Química
Porlamar, enero 2017
Prof.:Julian CarneiroCiencia de los Materiales
Modelos Atómicos y Estructuras
Cristalinas
Estructura Atómica
El átomo esta diferenciado por dos zonas, núcleo y corteza.
*Núcleo: Es la parte central del átomo. En él se encuentra concentrada la masa del átomo, es el responsable de las propiedades física del mismo.
En el núcleo existen dos tipos de partículas Protones y Neutrones que genéricamente se les llaman Nucleones.
Protones: son partículas que tienen 1 unidad de masa y 1 unidad de carga.
Neutrones: son partículas que tienen 1 unidad de masa y no tienen carga.
Nº Atómico: se define como el nº de protones (Z) que tiene el núcleo de ese átomo.
Nº Másico: (M) también (A) se define como la suma de nº de protones y neutrones del núcleo.
*Corteza: Es la parte periférica del átomo, de naturaleza discontinua.
De la corteza dependen las propiedades químicas del átomo, las partículas presentes en la corteza son los electrones que son partículas de masa despreciable y de 1 unidad de carga negativa.
Modelos atómicos
Desde la Antigüedad, el ser humano se ha cuestionado de qué estaba hecha la materia.
Unos 400 años antes de Cristo, el filósofo griego Demócrito consideró que la materia estaba constituida por pequeñísimas partículas que no podían ser divididas en otras más pequeñas. Por ello, llamó a estas partículas átomos,
La palabra átomo en griego quiere decir "indivisible". Demócrito atribuyó a los átomos las cualidades de ser eternos, inmutables e indivisibles.
Sin embargo las ideas de Demócrito sobre la materia no fueron aceptadas por los filósofos de su época y hubieron de transcurrir cerca de 2200 años para que la idea de los átomos fuera tomada de nuevo en consideración.
John Dalton (1808)
Durante el s.XVIII y principios del XIX algunos científicos habían investigado distintos aspectos de las reacciones químicas, obteniendo las llamadas leyes clásicas de la química.
Descubrimiento Experimental
La imagen del átomo
expuesta por Dalton en su
teoría atómica, para explicar
estas leyes, es la de minúsculas
partículas esféricas, indivisibles
e inmutables,
iguales entre sí en cada
elemento químico.Átomo
J.J. Thomson (1897)
Demostró que dentro de los átomos hay unas partículas diminutas, con carga eléctrica negativa, a las que se llamó electrones.
De este descubrimiento
dedujo que el átomo debía
de ser una esfera de materia
cargada positivamente, en
cuyo interior estaban
incrustados los electrones.
Modelo atómico
E. Rutherford
(1911)
Demostró que los átomos
no eran macizos, como se
creía, sino que están vacíos
en su mayor parte y en su
centro hay
un
diminuto núcleo.
Dedujo que el átomo debía
estar formado por una corteza
con los electrones girando
alrededor de un núcleo central
cargado positivamente.
Átomo
Niels Bohr (1913)
Su descubrimiento
experimental fue de Espectros
atómicos discontinuos
originados por la radiación
emitida por los átomos
excitados de los elementos en
estado gaseoso.
Propuso un nuevo modelo atómico, según el cual los electrones giran alrededor del núcleo en unos niveles bien definidos.
Átomo
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 anisótropas 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.
El grupo más
pequeño de partículas
en el material que
constituye el patrón
repetitivo es la celda
unitaria de la estructura. Estructura de un
cristal de cloruro de
sodio, un típico
ejemplo de un
compuesto iónico.
Las esferas púrpuras
son cationes de sodio, y
las esferas verdes son
aniones de cloruro.
El crecimiento de los cristales
que se inicia en los centros o
núcleos de cristalización en el
metal líquido, no puede ser
uniforme a causa de los diferentes
factores de la composición del
metal, la velocidad de enfriamiento
y las interferencias que se
producen entre ellos mismos
durante el proceso de crecimiento
Cristalización
Redes espaciales de Bravais:
14 celdas unidad estándar pueden describir todas las unidades reticulares posibles de puntos equivalentes en una red tridimensional.
La estructura cristalina se especifica indicando la adecuada malla de Bravais y las posiciones de los átomos en la celda unitaria.
La Red : Es un
conjunto de puntos,
conocidos como puntos
de red, que están
ordenados de acuerdo a
un patrón que se repite
en forma idéntica.
Puntos de Red : Son los puntos que conforman la red cristalina.
Celda Unitaria : es la
subdivisión de la red
cristalina que sigue
conservando las
características generales
de toda la red.
Un metal cristaliza en la red cúbica centrada en el cuerpo. Si su radio atómico es 1.24 manómetros. ¿Cuántos átomos existirán en 1 cm3?
Para plantearse el problema tenemos que pensar en el número de celdas que hay en 1 mm3 .
Para ello, necesitamos saber que mide una celda. Como tenemos el radio y sabemos que es una BCC, en la diagonal del cubo se cumple que √3a = 4R => a = 4*R/√3 = 2,83 nm.
Además sabemos en nº átomos por celdilla es de 2
El volumen de la celdilla es por tanto a3 = (2.863 * 10-7 cm)3=23.483 *10-21 cm3
El número de celdilla = 1 cm3 /23.483 *10-21cm3 = 4.25 * 1019 celdas.
Si sabemos el numero de celdas y los átomos que hay en cada celda, tenemos el número de átomos por mm3
nº átomos = 4.25 * 1019 celdillas * 2átomos/celdilla = 8.5 * 1019 átomos
Ejercicios
La densidad de wolframio es 19,3 g/cm3 con masa atómica de 183,9 g/mol. Si cristaliza en una red de tipo BCC, calcular su radio atómico.
Resolución:
Datos: Primero tenemos que al ser una celda BCC el número de átomos es 2.
Calcularemos ahora el volumen de una celda unidad. como tenemos que :
d = m/v =>
v = m/d = 2 at * 183,9 g/mol : ( 6,023 * 10 23 ato /mol * 19,3 g/cm3) =
31,64 * 10-24 cm3
Como en el cubo, el volumen es la arista al cubo, tenemos que a = 3,14 * 10-8
En la BCC, tenemos que la diagonal en el cubo es D = 4R = √3 a
El valor de R es √3 a / 4 = 1,37 Å
