Estructura Atmica

Estructura Atmica Agosto 20141Materiales para el diseo 2014

ContenidoIntroduccin.La importancia de la estructura atmica en los materiales.clasificaciones de la estructura atmica.Modelos.Partculas subatmicas.Isotopos.Ejemplos.

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IntroduccinLas propiedades y el comportamiento de los materiales dependen, principalmente, de su constitucin y de su estructura. Fundamentales son la disposicin geomtrica de los tomos y las interacciones que tienen entre ellos, es decir, los enlaces primarios y secundarios que mantienen unidos a los tomos para formar los slidos.3

Modelos Teora Atmica Dalton (1808)

Modelo de Thomson (1897)

Modelo de Rutherford (1911)

Modelo de Bohr (1913)La materia est formada por minsculas partculas indivisibles llamadastomos.Haydistintas clases de tomosque se distinguen por su masa y sus propiedades.

La identificacin por J.J. Thomson de unas partculas subatmicas cargadas negativamente, loselectrones

El tomo est formado por dos partes: ncleo y corteza. Aqu se encuentran los electrones con masa muy pequea y carga negativaBohr supuso que el tomo solo puede tener ciertosniveles de energadefinidos. El electrn solo puede tomar as los valores de energa correspondientes a esas rbitas. Los saltos de los electrones desde niveles de mayor energa a otros de menor energa o viceversa suponen, respectivamente, una emisin o una absorcin de energa electromagntica .

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Modelo de SchrdingerDentro de un mismo nivel energtico, existe subniveles

El modelo atmico de Schrdinger defina al principio los electrones como ondas de materia (dualidad onda-partcula), describiendo de este modo la ecuacin ondulatoria que explicaba el desarrollo en el tiempo y el espacio de la onda material en cuestin.

Modelo Ondulatorio, Fsica Cuntica, tomo de Hidrgeno.

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Figura 1. Esquema , fsica Universitaria

Definicin de partculas subatmicas.6Carga negativa:Carga Positiva:Sin carga:Carga elctrica:Masa , carga negativa:Masa , carga positiva:

Enlaces Fuerzas :a) Atractivas, debidas: a la naturaleza del enlace. a las atracciones electrostticas entre cada ncleo atmico y la nube electrnica del otro. b) Repulsivas, debidas: a la accin electrosttica entre los ncleos atmicos.; a las nubes electrnicas entre s.

Isotopos 7Se denominaistoposa lostomosde un mismoelemento, cuyos ncleos tienen una cantidad diferente deneutrones, y por lo tanto, difieren ennmero msico.Subatmica: N-PLos tomos que son istopos entre s son los que tienen igualnmero atmico(nmero deprotonesen el ncleo), pero diferente nmero msico(suma del nmero deneutronesy el de protones en el ncleo). Hidrogeno

Figura 2 : thales.cica.e

Isotopos de carbono8En la naturaleza encontramos 3 istopos del carbono. Todos ellos tienen 6 protones en el ncleo (Z=6), pero el:tiene 6 neutrones, por tanto A=12 , nmero msicotiene 7 neutrones, esto es A= 13.tiene 8 Neutrones, es decir A= 14

Figura 3: es.wikipedia.org/wiki/Anexo:Istopos

Aplicaciones9Isotopos Naturales:

Los istopos naturales son los que se encuentran en la naturaleza de manera natural. Por ejemplo el hidrgeno tiene tres istopos naturales, el protio, el deuterio y el tritio.

Isotopos Artificiales: Los istopos artificiales se producen en laboratorios nucleares por bombardeo de partculas subatmicas o en las centrales nucleares. Estos istopos suelen tener una vida corta, principalmente por la inestabilidad y radioactividad que presentan.

Cobalto-60. Para el tratamiento delcncerporque emite unaradiacincon msenergaque la que emite el radio y es ms barato que este.Arsnico-73. Se usa como trazador para estimar la cantidad de arsnico absorbido por el organismo y el arsnico-74 en la localizacin detumorescerebrales.Bromo-82. til para hacer estudios enhidrologatales como determinacin de caudales de agua, direcciones de flujo de agua y tiempos de residencia en aguas superficiales y subterrneas,.Oro-198. De gran aplicacin en la industria delpetrleo: perforacin de pozos para bsqueda de petrleo,.Fsforo-32. Es un istopo que emiterayos betay se usa para diagnosticar y tratar enfermedades relacionadas con loshuesosy con lamdula sea.Escandio-46. Aplicable en estudios desedimentologay anlisis desuelos.Lantano-140. Usado en el estudio del comportamiento decalderasyhornosutilizados en el sector industrial.Mercurio-147. De aplicacin enceldas electrolticas.Nitrgeno-15. Se emplea a menudo eninvestigacin mdicay enagricultura. Tambin se emplea habitualmente enespectroscopia de resonancia magntica nuclear(NMR).Yodo-131. Es uno de los radionucleidos involucrados en laspruebas nuclearesatmosfricas, que comenzaron en 1945. Aumenta el riesgo de cncer y posiblemente otras enfermedades deltiroidesy aquellas causadas por deficiencias hormonales tiroideas.Radio-226. En tratamientos para curar elcncerde la piel

Masa atmica10La masa atmica es igual a la cantidad promedio de Protones y Neutrones en un tomo .

La masa atmica tambin es la masa en gramos de NA tomos.

NA = Nmero de Avogadro :

Unidad de Masa Atmica (UMA) equivale a la masa medida en gramos/mol

Tabla peridica 11

Ejemplo:12Cual es la cantidad de Protones y Neutrones que tiene un tomo de Carbono?Segn la tabla peridica, la masa atmica del Carbono, es de 12.01g/mol, N=6. 6 Protones y 6 Neutrones.

2. Cuntos Neutrones tiene un tomo de Titanio? N=22, masa atmica = 47.88gr/mol, 22 Protones y 25 Neutrones.

3. Cuntas partculas subatmicas se encuentran en el ncleo de un tomo de Francio, N=87? Masa atmica = 223gr/mol,87 Protones y 136 Neutrones

Ejemplo 2

Calcule la cantidad de tomos en 100gr de Plata (Ag).

La cantidad de tomos se puede calcular a partir de la masa atmica y el NA. En la tabla peridica se puede ver que la masa atmica de la plata es 107.868gr/mol

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Estructura electrnica14Numero cunticos: a cada electrn de un tomo se le asignan 4 nmeros cunticos .

El modelo de Bohr ; como resultado de la cuantizacin

Son cuatro nmeros cunticos:

Configuracin electrnica15Indica la manera en la cual loselectronesse estructuran o se modifican en un tomo de acuerdo con elmodelo de capas electrnicas.Es la distribucin de los electrones en los subniveles y orbitales de un tomo. La configuracin electrnica de los elementos se rige segn eldiagrama de Moeller:

Ejemplos:16

Los 47 electrones del tomo de plata, la cual debe quedar as::1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d9

Fuerzas de enlaces fuertes17Enlaces primarios : A partir del entendimiento de las atracciones que mantienen unidos los tomos; los enlaces primarios son conocidos como enlaces fuertes.

Enlaces inicosEnlaces covalentesEnlaces metlicosTiene sus elementos una tendencia a ceder o ganar sus electrones.Tiene la propiedad de compartir al electrn, ni cede ni gana comparte electrones.Se da entre materiales metlicos , es un enlace qumico que mantiene unidos lostomos. Se conforma con tomos de igual o parecida electronegatividad de carga positiva.Caractersticas:

Enlaces secundarios18Conocidos como enlaces mas dbiles; tienen una atraccin interatmica denominada Fuerzas de van der Waals.La primera fuente de atraccin es la interaccin electrosttica, Keesom.La segunda fuente de atraccin es la induccin. DebyeLa tercera atraccin suele ser denominada dispersin. London

Ejemplo19

http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzas_de_Van_der_Waals

20Los polmeros con fuerzas de Van der Walls, tienden a ser relativamente ms rgidos y tienen temperaturas, relativamente mayores.

Para procesar estos polmeros se deben plastificar.Elpolietileno. Slo intervienen fuerzas de Van der Waals, pero es tan resistente que es utilizado para la confeccin de chalecos a prueba de balas

Electronegatividad21La existencia de los enlaces covalentes y los enlaces inicos entre los tomos.

Describe la tendencia de un tomo para ganar o aceptar un electrn. Los tomos con los niveles de energa externos casi totalmente llenos, son altamente electronegativos, reciben electrones con facilidad, como el Cloro (Cl).

Los tomos con niveles externos casi vacos, ceden electrones fcilmente, tienen baja electronegatividad, como el Sodio (Na).

Los tomos grandes tienen baja electronegatividad porque los electrones externos estn alejados del ncleo y no son atrados fuertemente

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http://quimicazzz.mx

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Wikipedia.com.mx

24Ejemplos:1.- Cloro y sodio

2. Cloro y potasio

3.-Iodo y potasio

Enlace covalente25Los tomos de los elementos comparten electrones de igual o parecida electronegatividad

26Enlace Covalente No Polar:Enlace covalente en el cual los electrones se comparten por igual.Esto ocurre si los tomos enlazados son no metales e idnticos (como en N2 o en O2), los electrones son compartidos por igual por los dos tomos.

Enlace Covalente Polar:Enlace covalente en el cual los electrones no se comparten por igual.Es polar porque la molcula tiene un polo elctrico positivo y otro negativo, y covalente porque los tomos comparten los electrones, aunque sea en forma desigual.

Ejemplos271. Hidrogeno y hidrogeno2. Oxigeno y Oxigeno 3. Cloro y cloro4. Bromo y bromo

Distancias interatmicas28Las fuerzas de atraccin entre los tomos, las cuales consideramos en las reacciones precedentes , mantienen juntos a los tomos, pero que evita que los tomos sigan juntndose aun mas?

Es la distancia internuclear entre los tomos unidos. Debido a que las fuerzas de repulsin aumentan en funcin inversa a la distancia , se llega a una distancia de equilibrio.

Clasificacin de los materialesTabla peridica.29

Polmeros: su base es principalmente de Carbono, grupo 4B.

Cermicos: normalmente basados en combinaciones de elementos de los grupos 1 a 5B, Oxgeno, Carbono, Nitrgeno.

Materiales metlicos: basados comnmente en elementos de los grupos 1, 2 y en los elementos metlicos de transicin.

Metales de transicin: Ti, V, Fe, Ni, Co, materiales magnticos y pticos, por sus mltiples valencias.

Semiconductores: grupo 4B, Silicio, Germanio, Diamante (Carbono) o combinaciones de elementos de los grupos 2B y 6B

Ejemplos30Enlaces Mixtos:

En algunos materiales, el enlace entre sus tomos es una mezcla de dos o ms tipos de enlaces.

El Hierro est constituido por una combinacin de enlaces metlicos y covalentes.

Los compuestos formados por dos o ms metales, llamados compuestos intermetlicos, se pueden unir con enlaces metlicos y inicos, aprovechando la diferencia de electronegatividades entre los elementos.

Por ejemplo, LiAl, el Litio tiene electronegatividad de 1.0 y el Aluminio 1.5.

El Al3V est unido solo por enlaces metlicos porque las electronegatividades son iguales.

Referencias bibliogrficas

31ASHBY Michael, SHERCLIFF Hugh, CEBON David. MATERIALS: engineering, science, processing and design. University of Cambridge, UK Butterworth- Heinemann, first edition 2007. ASKELAND Donald, PHUL Pradeep. Ciencia e Ingeniera de los Materiales. Cuarta edicin, Thomson, Mxico, 2004.

OZOLS Andres, Enlaces Atmicos, Laboratorio de slidos amorfos, Grupo de Biomateriales para Prtesis, Instituto de Ingeniera Biomdica, Universidad de Buenos Aires, Argentina, 2006.