Estructura, arreglo y movimiento de los atomos

Unidad I Estructura, Arreglo y Movimientos de los Átomos

UNIDAD I

ESTRUCTURA, ARREGLO Y MOVIMIENTO DE LOS ÁTOMOS

1.1 Estructura y arreglo cristalino y no cristalino

1.1.1 Principios fundamentales de la estructura cristalina

El átomo esta constituido por tres partículas elementales
a)Electrones: partículas pequeñísimas de electricidad negativa
b) Protones: partículas de electricidad positiva
c) Neutrones: partículas eléctricamente neutras

El átomo consta de un diminuto núcleo de carga positiva, en donde se considera que esta concentrada casi toda la masa del átomo, ya que contiene los protones y los neutrones, rodeado por un numerosuficiente de electrones que mantienen al átomo como un todo eléctricamente neutro. Como el electrón y el protón tienen cargas iguales pero eléctricamente opuestas, el átomo neutro debe tener el mismo número de electrones y protones.
Los electrones giran en órbitas circulares y elípticas alrededor del núcleo, simulando un sistema solar en miniatura.
Así, podemos definir el númeroatómico, como el número de protones, o como el átomo es eléctricamente neutro, también es igual al número de electrones.

1.1.2 Enlaces en sólidos

Si examinamos el área completa de materiales de ingeniería, encontramos tres grupos principales:

? Metales: acero, cobre, aluminio, etc.
? Cerámicos: vidrio, ladrillo, cemento. etc.
? Plásticos o polímeros: polietileno,teflón, caucho, etc.

La diferencia en las características de cada grupo tienen su origen en diferencias básicas que hay
en el enlace entre átomos y grupos de átomos, por ejemplo, en los metales el enlace metálico conduce a buena conductividad térmica y eléctrica y a una buena ductilidad; en los cerámicos, los enlaces iónicos y covalentes conllevan generalmente a unagran dureza, fragilidad y alta resistencia eléctrica; en los plásticos las fuerzas covalentes e intermoleculares de Van der Waals, conducen a la variedad de propiedades que se encuentran en las resinas termoplásticas y termoestables.
Examinemos ahora en forma simplificada estos diferentes tipos de enlaces y observemos como conducen a la diferencia en sus propiedades.

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1.1.2.1 Enlace Metálico

Una característica común a los elementos metálicos es que tienen solamente, dos o tres electrones
en la capa externa. Esta es la clave para la formación del enlace metálico. Cuando un elemento tiene únicamente uno, dos o tres electrones en la última órbita,están enlazados en forma relativamente débil al núcleo, porque generalmente existe una o más capas completas entre ellos
y el núcleo. Ver Figura 1.1a. Así, cuando colocamos juntos un número de átomos de magnesio. Los electrones exteriores abandonan los átomos individuales y pasan a formar un gas o nube de electrones común a todos los átomos participantes en la unión.

Fig.1.1 a)Configuración atómica del magnesio. b) Esquema del enlace metálico.

Por lo tanto, los átomos se convierten en iones Mg2+. Estos se repelen entre si, pero permanecen
en el bloque gracias a la atracción entre los electrones negativos en la nube y los iones positivos.

Este modelo nos ayuda a entender algunas propiedades metálicas: primero; podemos explicar la alta conductividad térmica yeléctrica de los metales. Si aplicamos un voltaje a través del cristal,
los electrones en la nube de electrones, que están enlazados débilmente, se moverán con facilidad, produciendo una corriente. Así, también podemos entender la ductilidad o capacidad de deformarse sin fractura. Vemos que los átomos están empacados compactamente en planos. Figura 1.1b). Si aplicamos un...