CIENCIAS DE LOS MATERIALES.

“El átomo y su estructura cristalina.”

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:

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").

Leucipo

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. demòcrito

En el siglo IV a. C., Empédocles postuló que la materia estaba formada por 4 elementos: tierra, aire, agua y fuego.

Empèdocles.

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.

Aristòteles

La 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:

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.

3.- Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos según una relación numérica sencilla y constante.

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.

Modelo atómico de Thompson Por ser tan pequeña la masa de los electrones, el físico

inglés J. J. Thompson 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. Thompson imaginó el átomo como una especie de esfera positiva continua en la que se encuentran incrustados los electrones (como las pasas en un pudin).

Este modelo permitía explicar varios fenómenos experimentales como la electrización y la formación de iones.

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".

En el experimento se bombardeaba una fina lámina de oro con partículas alfa (positivas) procedentes de un material radiactivo y se observaba que:

- La mayor parte de las partículas alfa atravesaban la lámina sin cambiar de dirección, como era de esperar.

- Algunas partículas alfa se desviaron considerablemente.

- Unas pocas partículas alfa rebotaron hacia la fuente de emisión.

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.

Modelo atómico de Schrödinger

 Es un modelo cuántico no relativista.

Se basa en la solución de un potencial electroestático  con simetría esférica, llamado también átomo hidrogenoide. En este modelo los electrones se contemplaba originalmente como una onda estacionaria de materia cuya amplitud decaía rápidamente al sobrepasar el radio atómico. Así, en 1916,Arnold Sommerfeld modificó el modelo atómico de Bohr, en el cual los electrones sólo giraban en órbitas circulares, al decir que también podían girar en órbitas elípticas más complejas y calculó los efectos relativistas.

Estructuras cristalinas

Los cristalógrafos han demostrado que son necesarias solo siete tipos diferentes de celda unidad para crear todas las redes puntuales . La mayor parte de estos siete sistemas cristalinos presentan variaciones de la celda unida básica . A. J. Bravais mostró que catorce celdas unidad estándar podrian describir todas las estructuras reticulares posibles .Hay cuatro tipos de celdas unidad :

Sencilla Centrada en el cuerpo Centrada en las caras Centrada en la base

En el sistema cúbico hay tres tipos de celdas unidad : cúbica sencilla , cúbica centrada en el cuerpo y cúbica centrada en las caras. En el sistema ortorrómbico están representados los cuatro tipos . En el sistema tetragonal hay solo dos: sencilla y centrada en el cuerpo. En el sistema monoclínico tiene celdas unidad sencilla y centrada en la base , y los sistemas romboedríco hexagonal y triclínico, tienen solo una celda unidad

Muchos elementos y compuestos existen en mas de una forma cristalina , bajo diferentes condiciones de temperatura y presión . Este fenómeno es determinado como polimorfismo o alotropía . Muchos metales industrialmente importantes como el hierro , titanium y cobalto experimentan transformaciones alotrópicas a elevadas temperaturas a presión atmosférica .

Planos cristalinos

Planos en una celda unitaria Las superficie cristalinas en celdillas unidad HCP pueden

ser identificadas comúnmente utilizando cuatro índices en lugar de tres. Los índices para los planos cristalinos HCP ,llamados índices Miller-Bravais, son designados por las letras h , k , i , l y encerrados entre paréntesis ( hkil ) . estos índices hexagonales de 4indices están basados en un sistema coordenado de 4 ejes .

Dirección en la celda A menudo , es necesario referirnos a posiciones

específicas en las redes cristalinas . Esto es especialmente importante para metales y aleaciones con propiedades que varían con la orientación cristalográfica.

  Para cristales cúbicos los índices de las direcciones

cristalográficas son los componentes vectoriales de las direcciones resueltos a lo largo de cada eje coordenado y reducido a los enteros mas pequeños.

Para indicar en un diagrama la dirección en una celda cúbica unitaria dibujamos un vector de dirección desde el origen (que es normalmente una esquina de la celda cúbica) hasta que sale la superficie del cubo .

Las coordenadas de posición de la celda unidad donde el vector de posición sale de la superficie del cubo después de ser convertidas a enteros son los índices de dirección .Los índices de dirección se encierran entre corchetes sin separación por comas.

Propiedades mecánicas

Ductilidad. Elasticidad. Maleabilidad. Plasticidad. Tenacidad. Resistencia. Fragilidad. Dureza.

Propiedades físicas.

Color: Impresión que produce en la vista la luz y que varía según su naturaleza propia y el modo como es difundida o reflejada por los cuerpos.

Brillo : Lustre o resplandor. Densidad: Es frecuente confundir las nociones de masa

especifica y densidad , por que en las aplicaciones de la vida corriente ambas tienen sensiblemente el mismo valor . Así , la masa específica del hierro es 7.8 g/cm3 . Para obtener su densidad se ha de dividir esta masa por la masa de un cm3 de agua a 40 y , por ser esta muy próxima de un gramo , se obtiene finalmente como densidad el hierro, el mismo valor práctico que para su masa , o sea 7.8.

REALIZADO POR: JUNIOR TINEO.CL: 24089769SECCION: 3ACODIGO 46

“FIN”