Materiales ii estructura_atomica_y_cristalina

MATERIALES – ESTRUCTURA ATÓMICA Y ESTRUCTURA CRISTALINA

Introducción:•Las props y el comportamiento de los materiales dependen de su composición y estructura Estudiaremos la geometría y las interacciones entre los distintos átomos (primarios, secundarios)Partículas Elementales:•Partículas elementales Átomos Moléculas Materiales.

Clasificación:•Según su masa:

Nucleones, HiperonesBariones: masa ≥mp

Mesón π y Mesón kMesones: masa media

e-, e+ y Mesón µLeptones: más ligeros

EjemploTipos

•Según su carga:

e-Negativas

nNeutras

p, e+ Positivas

EjemploTipos


•Según su estabilidad fuera del núcleo:

n, mesóninestable

p, e-Estable

EjemploTipos

•Según su vida media (tiempo que tardan en desintegrarse): Estables o Inestables.

Toda partícula está sometida a las leyes fundamentales:•Interacción Gravitatoria: La escala 10-10m es prácticamente imperceptible

no tiene casi importancia.•Interacción Eléctrica: las Fuerzas Coulombianas y de Corto Alcance

bastante importantes.


El Átomo

El Núcleo La Corteza

Z protones N neutrones

A nucleonesA = Z + N

formado por

e.d.

formado por

electrones

Si no excitadosnºe-=nºp+

9,1096·10-31kg-1,6022·10-19CElectrón

1,6748 ·10-27kg0 CNeutrón

1,6725·10-27kg1,6022·10-19CProtón

MasaCarga


e-´s cambian de nivel ∃∆E=hν .• ∆E>0absorción de fotones, mayor inestabilidad• ∆E<0emisión de fotones, mayor estabilidad.

Principio de Construcción: Modelo Hidrogenóide:• Supone que la disposición de los niveles energéticos de cualquier átomo son como los niveles del átomo hidrógeno, pero rellenos con electrones, considerando el Principio de Exclusión de Pauli.• La ordenación sistemática con arreglo a su configuración electrónica da origen al SISTEMA PERIÓDICO de los elementos.

p6s27

d10p6s26

f14d10p6s25

f14d10p6s24

d10p6s23

p6s22

s21


Fuerzas y Energía de Interacción entre Átomos:Sea cuál sea la naturaleza entre dos átomos se desarrolla dos tipos de fuerzas:

Atractivas Repulsivas

Debidas a Debidas a

Naturaleza del enlace

Atracciones electrostáticas e

cada núcleo atómico y la nube

electrónica del otro

La fuerza electrostáticaentre los núcleos atómicos

Las nubes electrónicasentre sí.

Teniendo en cuenta que la Fmag y Fgrav ≈ 0 los átomos adoptan una posición de equilibrio, debido a ΣF, en función de p (presión) y T ( Temperatura)


Estructura electrónica y Reactividad Química:•Las props Qas de los elementos dependen ppalmente de e-´s más externos.•Los elementos más estables y menos reactivos son los gases nobles (s2p6)

He, Ne, Ar, Kr, Xe, Ra

•Electronegatividad: “La capacidad de un átomo para atraer electrones hacia sí”.Cuantificación: La escala va desde 0 hasta 4,1.

Los menos son los alcalinos (1A) entre 0,9 y 1,0. Los más electronegativos son F,O y N con 4,1; 3,5 y 3,1

AltasBajasElectronegatividad

6A, 7A1A, 2AEn la Tabla

NegativosPositivosNº Oxidación

Iones Negativos = AnionesIones Positivos = CationesProducen

Aceptan e-´s Ceden e-´s En reacciones Qas.

4 o másGralmente, 3 o menose-´s más externos

No MetalesMetales


Atómicos

Fuerzas grandes, comparten e-´s deslocalizados. Enlace no direccional. σe, σT>>. Fácilmente deformables sin fracturas.

F Coulombianas grandes debidas a transferencia de un e- de un átomo a otro. Enlace no direccional. Muy electropositivos y muy electronegativos

Fuerzas grandes creadas al compartir e-´s formando un enlace direccional. -Entre átomos con pequeños ∆electronegatividad porque comparten e-´s de capas s,p, se convierten en elementos nobles. -Eátomos enlazados < Einicial, debido a la interacción de los e-´s. -Estructuras de Lewis para representación. Puntos para expresar e-´s más externos y guiones para el resultado final.

Iónico

Metálico

Covalente


Dipolo permanente

Dipolo inducido

Moleculares

Los átomos con una distribución asimétrica de densidades electrónicas en torno a sus núcleos son susceptibles de formar entre ellos un dipolo eléctrico muy débil. Este tipo de dipolo se llama inducido debido a que la densidad electrónica está continuamente cambiando con el tiempo.

Relativamente débiles. Se forman entre moléculas con dipolos permanentes. Un dipolo en una molécula existe debido a la asimetría en la distribución de su densidad electrónica


Fuerzas Moleculares

Van der Waals Puentes de Hidrógeno•Los gases nobles se pueden licuar y solidificar al variar T, entre sus átomos existen fuerzas que lo producen.

•Justificadas por dipolos variables que se producen en el movimiento de e-´s, siendo su intensidad relativamente débil.

•Tiene lugar por la interacción de campos electromagnéticos creados por los núcleos y los electrones de valencia y podemos considerar dos efectos:1.- Polarización: si cierto átomo tiene más afinidad que los otros, aunque la molécula sea neutra se comporta en cierto modo como polar (dipolo eléctrico)2.- Efectos de dispersión: Tienen lugar en todas las moléculas simétricas y gases nobles como consecuencia del movimiento de los e-´s que provoca movimiento de los centros de carga. Las atracciones interatómicas son débiles pero reales.

Se producen en moléculas que son por sí dipolares. Se deben a la atracción que existe entre el núcleo de hidrógeno de una molécula y los electrones no compartidos del oxígeno, flúor o nitrógeno, exclusivamente.


Estructura Cristalina:

•Cristal = Todo sólido compuesto de átomos, iones o moléculas ordenados de una determinada manera.

•Estructura Cristalina = Modelo regular tridimensional de átomos o iones en el espacio.

•Celda unitaria = Unidad repetida de retículo cristalino.


Sistemas Cristalinos:En Cristalografía dependiendo del módulo o valor de los vectores reticulares (a, b,

c), y de su dirección o ángulo interaxial (α, β, γ), nos podemos encontrar con 7 sistemas cristalinos diferentes y catorce retículos espaciales diferentes, denominados redes de Bravais.


• Casi todos los metales elementales cristalizan en 3 tipos de estructuras:BCC: Body Centered Cubic = Cúbica Centrada en el Cuerpo

FCC: Faced Centered Cubic = Cúbica Centrada en las Caras

HCP: Hexagonal Compact Phase = Fase Hexagonal Compacta


BCC:

2)vértices(8

1·8)centro(1·1

unidadcelda

atomosºn =+=

,R3

4a =

Índice de coordinación = 8

para el modelo de esferas compactas.

FPA = 68% ocupado


FCC:

4)vértices(8

1·8)caras(

2

1·6

unidadcelda

atomosºn =+=

,R2

4a =



FPA = 74% ocupado


HCP:

)mediacapa(3)carascentros(2

1·2

)eriorinfeeriorsupcarasvértices(2·6

1·6

unidadcelda

atomosºn

+

+

=

,R3

4a =



FPA = 68% ocupado


Alotropía:

Dependiendo de las condiciones de p y T, un mismo elemento o compuesto químico presenta diferentes estructuras cristalinas, a estos diferentes estados les llamaremos polimórficos o alotrópicos.

Technology

Materiales ii estructura_atomica_y_cristalina