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Crecimiento de Cristales

1.1 Estructura atómica
El universo, como nosotros lo conocemos, está dividido en dos partes: materia y energía. La materia es algo que ocupa espacio y tiene peso; piedras, agua, aire, automóviles, ropa, e incluso nuestros propios cuerpos son buenos ejemplos de la materia. Toda la materia está compuesta de un elemento o combinación de elementos. Un elemento es unasustancia que no puede reducirse a una forma más simple. Los ejemplos de elementos con los que se está en contacto todos los días son fierro, oro, plata, cobre, oxígeno, etc. Hay más de 100 elementos conocidos de los que toda la materia está compuesta.
Si nos adentramos a una escala más pequeña, veremos al átomo, la partícula más pequeña en la que un elemento puede reducirse y todavía puedenretenerse todas sus propiedades originales. Los átomos de un elemento, sin embargo, difieren de los átomos de otros elementos. Como hay más de 100 elementos conocidos, por lo tanto, hay más de 100 átomos diferentes, teniendo un átomo diferente para cada elemento.
Cuando investigamos el átomo, encontramos que está básicamente compuesto de electrones, protones, y neutrones. Además, los electrones, protonesy neutrones de un elemento son idénticos ha aquellos de cualquier otro elemento. Existen tipos diferentes de elementos porque el número y el arreglo de electrones y protones son diferentes para cada elemento. El electrón lleva una carga negativa pequeña de electricidad. El protón lleva un carga positiva de electricidad igual y opuesta a la carga del electrón. En los átomos existe una partículaneutra llamada neutrón. El neutrón tiene una masa aproximadamente igual a la de un protón, pero no tiene carga eléctrica.
Según la teoría, los electrones, protones y neutrones de los átomos están colocados de una manera similar a un sistema solar en miniatura. Vea el átomo de helio en la figura 1.1. Dos protones y dos neutrones forman el núcleo pesado con un carga positiva y alrededor giran doselectrones muy ligeros. El camino que cada electrón toma alrededor del núcleo se llama órbita. Los electrones se mueven continuamente en sus órbitas por la fuerza de atracción del núcleo. Para mantener una órbita alrededor del núcleo, los electrones viajan a una velocidad que produce una contrafuerza igual a la fuerza de atracción del núcleo. Así, como se exige energía para mover un vehículo espacialde la tierra, también se exige energía para mover un electrón del núcleo. Se dice que el electrón está en el nivel de energía más alta como un vehículo espacial cuando viaja a una órbita más grande. Los experimentos científicos han mostrado que el electrón exige una cierta cantidad de energía para quedarse en una órbita. Esta cantidad se llama nivel de energía del electrón. En virtud solamente desu movimiento, el electrón contiene energía cinética y debido a su posición, contiene también energía potencial. La energía total contenida por un electrón (energía cinética más energía potencial) es el factor principal que determina el radio de la órbita del electrón. Para que un electrón permanezca en esta órbita, no debe perder ni ganar energía.

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Figura 1.1 La composición de unátomo de helio simple.

Los electrones no siguen caminos al azar, al contrario ellos son restringidos a niveles de energía definidos. Visualice estos niveles como “cáscaras” con cada cáscara sucesiva espaciándose una distancia mayor del núcleo. Las cáscaras (o como se nombrará de aquí en adelante “capas”), y el número de electrones requerido para llenarlas, puede ser predicho usando el principio deexclusión de Pauli. Este principio especifica que cada capa contendrá un máximo de 2n2 electrones, donde n corresponde al número de la capa que empieza con la primera más cercana al núcleo. Por este principio, la segunda capa, por ejemplo, contendría 2(2)2 ó 8 electrones cuando está llena.
Además de numerarse, a las capas se les dan también las designaciones de letras empezando con la más...