Estructura De Los Atomos

UNIDAD 1 ESTRUCTURA, ARREGLO Y MOVIMIENTO DE LOS ÁTOMOS

Los materiales se clasifican según su uso en cuatro grupos: metales, cerámicos, polímeros y materiales compuestos.

a) Metales.- Los metales y sus aleaciones, que incluyen al acero, aluminio, magnesio, zinc, hierro fundido, titanio, cobre, níquel y muchos otros, tienen como características generales una adecuada conductividad térmica y eléctrica, alta resistencia mecánica, alta rigidez, ductilidad o conformabilidad y resistencia al impacto.

b) Cerámicos.- Los materiales de cerámica, como los ladrillos, el vidrio, la loza, los aislantes y los abrasivos, tienen escasa conductividad tanto eléctrica como térmica, y aunque pueden tener buena resistencia y dureza, son deficientes en ductilidad, conformabilidad y resistencia al impacto. Resisten altas temperaturas y corrosión. Tienen propiedades ópticas, eléctricas y térmicas excepcionales.

c) Polímeros.- En estos se incluyen el caucho (hule), los plásticos y muchos tipos de adhesivos. Se producen creando grandes estructuras moleculares a partir de moléculas orgánicas obtenidas del petróleo o productos agrícolas, en un proceso conocido como polimerización. Presentan baja conductividad eléctrica y térmica, escasa resistencia mecánica y no se recomiendan para aplicaciones en temperaturas elevadas. Algunos polímeros (termoplásticos) presentan excelente ductilidad, conformabilidad y resistencia al impacto, mientras otros (los termoestables) tienen las propiedades opuestas. Los polímeros son ligeros y cuentan con excelente resistencia a la corrosión.

d) Materiales compuestos ó Compósitos.- Están constituidos por dos o más materiales que generan propiedades no obtenibles mediante uno solo; ejemplos típicos son el concreto, la madera contrachapada (triplay) y la fibra de vidrio. Con los compuestos se elaboran materiales ligeros, resistentes, dúctiles, que no pueden obtenerse de otro modo, o bien se elaboran herramientas de corte muy resistentes al impacto que de otra manera serían quebradizas.

ESTRUCTURA Y ARREGLO CRISTALINO Y NO CRISTALINO

La estructura electrónica del átomo determina la naturaleza de la unión atómica, la cual imparte ciertas propiedades generales a los materiales, más aún determina las propiedades físicas (conductividad eléctrica, comportamiento dieléctrico y magnético), así como las características ópticas, térmicas y elásticas del material. La disposición de los átomos en estructuras cristalinas o amorfas influye en las propiedades físicas y en particular en el comportamiento mecánico de los materiales.

La configuración de un material puede considerarse en cuatro niveles: estructura atómica, ordenamiento atómico, microestructura y macroestructura. La estructura influye en la manera en que están ligados los átomos en los materiales, lo que permite clasificarlos en como materiales metálicos, cerámicos y poliméricos.

Un átomo está compuesto de un núcleo rodeado de electrones. El núcleo contiene neutrones y protones; los electrones cargados negativamente están sujetos al núcleo por acción electrostática. La magnitud de la carga eléctrica q de cada electrón o protón es de 1.60 x 10-19 C. Debido a que el número de electrones y protones en el átomo es igual, el átomo en conjunto es eléctricamente neutro.

El llamado número atómico de un elemento es el número de electrones o de protones en cada átomo, de modo que un átomo de hierro, que contiene 26 electrones y 26 protones tiene un número atómico de 26. Casi toda la masa del átomo se encuentra en el núcleo. La masa M corresponde al número promedio de protones y neutrones nucleares; corresponde también a la masa media de una cantidad de átomos igual al número de Avogadro (NA = 6.02 x 1023 mol-1 es el número de átomos o moléculas en un gramomol. Una unidad para la masa atómica es la unidad (uma), la cual es 1/12 de la masa de carbono 12.

Los átomos del mismo elemento que tienen diferente número de neutrones en el núcleo se denominan isótopos, y se diferencian solamente en su masa atómica. La masa atómica utilizada para los elementos es el promedio de las masas atómicas de los diferentes isótopos, y en consecuencia su valor puede no ser un número entero.

El arreglo o disposición de los átomos desempeña un papel importante en la determinación de la microestructura y el comportamiento de un material sólido. Sin considerar las imperfecciones en los materiales, existen tres niveles de organización de los átomos:

1. Desordenación: En gases como el argón y en la mayoría de los líquidos, los átomos y moléculas carecen de un arreglo ordenado; los átomos del argón se distribuyen aleatoriamente en el espacio donde confina el gas.

2. Ordenamiento particular (de corto alcance): Existe sólo si el arreglo característico de los átomos se restringe solamente a átomos circunvecinos. Cada molécula de vapor de agua tiene un ordenamiento limitado debido a los enlaces covalentes entre los átomos de hidrógeno y de oxígeno; esto es, cada átomo de oxígeno se une a dos átomos de hidrógeno, con un ángulo de aproximadamente 104.5°entre los enlaces. Una situación similar ocurre en los cristales cerámicos.

3. Ordenamiento general (de largo alcance): Los átomos forman un patrón reticular repetitivo. La red o retícula es un conjunto de puntos denominados puntos reticulares (o nodos), los cuales siguen un patrón regular, de manera que las inmediaciones de cada punto en la red son idénticas. Uno o más átomos se asocian con cada punto de la red. La configuración reticular difiere de un material a otro en forma y en dimensión, dependiendo del tamaño de los átomos y del tipo de enlace interatómico. La estructura cristalina se refiere al tamaño, forma y ordenamiento atómico dentro de la red.

La celda unitaria es la menor subdivisión de una red que retiene las características generales de toda

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