Introducción a la estructura de la materia

TEMA1. ESTRUCTURA DE LA MATERIA
1.-

INT RODU CCIÓ N

Algunas de las propiedades más importantes de los materiales sólidos dependen de
la disposición geométrica de los átomos y de las interacciones que existen entre los átomos y
las moléculas constituyentes.
Por eso en este tema de introducción vamos a repasar conceptos tales como estructura
atómica, configuración electrónica y variostipos de enlaces primarios y secundarios que
mantienen unidos a los átomos que forman los sólidos.

2.-

ESTRUCTURA ATÓMICA

Los átomos constan de núcleos muy pequeños que a su vez están formados por protones y
neutrones. Este conjunto está rodeado por electrones en movimiento. Tanto los electrones
como los protones están cargados eléctricamente y su carga es de 1.6x10-19 C, de signonegativo para los primeros y de signo positivo para los segundos. Los neutrones son
eléctricamente neutros. Las masas de estas partículas subatómicas son muy pequeñas
siendo la de neutrones y protones 1.67x10-27 kg, pero mucho mayor que la de los electrones.
Cada elemento químico se caracteriza por el número de protones del núcleo siendo este el
número atómico (Z). Si el átomo es eléctricamenteneutro el número atómico coincide con el
número de electrones. La masa atómica de un átomo se expresa como a suma de las masas
de protones y neutrones. Aunque el número de protones es el mismo para los átomos del
mismo elemento, el número de neutrones puede variar, variando así su masa atómica. Los
átomos de los mismos elementos con masas diferentes se llaman isótopos. El peso
atómico queaparece en la tabla periódica corresponde a la media de peso de las masas
atómicas de cada uno de los isótopos. Para cualquier peso atómico se utiliza el concepto
de unidad de masa atómica (UMA). El peso atómico también puede expresarse por mol de
material (6.023x1023 partículas) correspondiente al peso pero UMA expresa en g.

2.1.- Modelo atómico de Bohr
Niels Bohr se basó en el átomo dehidrógeno para realizar el modelo que lleva su
nombre. Bohr intentaba realizar un modelo atómico que puede explicar la estabilidad de
la materia y los espectros de emisión y absorción discretos que se observan en los
gases. Describió el átomo de hidrógeno con un protón en el núcleo, y girando a su
alrededor un electrón. El modelo de Bohr conceptualmente partía del modelo atómico de
Rutherford y deideas sobre cuantización que habían surgido unos años antes con las
investigaciones de Max Planck y Albert Einstein, estipulando que la energía de los

electrones está cuantizada (sólo puede tener
valores específicos de energía. Así el modelo
Borh representa el primer intento de describir
los electrones de un átomo en términos de
posición y de energía.

2.2.- Modelo atómico de la mecánicaondulatoria
El modelo atómico de Borh (órbitas circulares) fue corregido por el modelo de la mecánica
ondulatoria (modelo de Schrödinger) que considera al electrón como una onda-corpúsculo y
aplica las ecuaciones de la mecánica ondulatoria. El modelo de Schrödinger permite que el
electrón ocupe un espacio tridimensional, cambiando los orbitales discretos por la
probabilidad de encontrar elelectrón en una zona alrededor del núcleo (nube de electrones o
distribución de probabilidad). Ahora se requieren tres números cuánticos para describir los
orbitales en la que el electrón se puede encontrar. La descripción del átomo a través de la
mecánica ondulatoria se basa en el cálculo de las soluciones de la ecuación de Schrödinger;
Esta es una ecuación diferencial que permite obtener losnúmeros cuánticos de los
electrones.
El número cuántico del momento angular orbital (l) describe la forma del
orbital atómico. Puede tomar valores naturales desde 0 hasta n-1(siendo n el valor
del número cuántico principal). Por ejemplo sí n=5, los valores de l pueden ser: l=
0, 1, 2, 3, 4.
l = 0 orbital s (sharp)
l = 1 orbital p (principal)
l = 2 orbital d (diffuse)
l = 3 orbital f...