Practica De Materiales

OBJETIVO

El alumno identificara la estructura del átomo, como se enlazan entre si y deducir como son las propiedades de los materiales basados en la información que poseen con relación a su estructura atómica y las características de su enlace así como de describir los diferentes tipos de enlaces atómicos y moléculas que existen en cada tipo de material.

INTRODUCCION

En esta práctica nos permita valorar el aporte hecho por los científicos y la importancia de la comprensión de los enlaces atómicos de los materiales en la interpretación de la estructura atómica de las sustancias, procurando así un mejor aprovechamiento y utilidad de este conocimiento en el contexto de la ciencia, la tecnología y la sociedad.

El átomo es la entidad más pequeña que influye directamente en las propiedades de los materiales. En esta práctica se repasara de qué manera podemos inferir de inmediato algunas de las características químicas y formación de enlaces de los elementos. Estas características determinan el tipo y la fuerza de los enlaces que el elemento puede formar con los átomos (elementos). El tipo y la fuerza del enlace determinan las propiedades físicas y mecánicas del material sólido que se forma.

Al estudiar el modelo cuántico conocimos que existen condiciones que favorecen el desprendimiento de electrones del átomo y al cotejar esta información con el ordenamiento de los elementos de la tabla periódica reconocimos que existen grupos de elementos que pueden lograr esto con mayor o menor facilidad. Estos conocimientos nos serán de gran utilidad para identificar que las condiciones, bajo las cuales se dan las uniones de los átomos, determinan el aspecto y las propiedades de las sustancias que se forman y que estas uniones también dependieran, en gran medida, de la naturaleza eléctrica de los elementos. Ciertamente, con el conocimiento del enlace químico llegaremos a entender la fundamentación de las fórmulas químicas, que nos conducirá al desarrollo de las siguientes prácticas posteriores.

ATOMO

El átomo es un constituyente de la materia ordinaria, con propiedades químicas bien definidas, formado a su vez por constituyentes más elementales sin propiedades químicas bien definidas. Cada elemento químico está formado por átomos del mismo tipo (con la misma estructura electrónica básica), y que no es posible dividir mediante procesos químicos.

ESTRUCTURA ATOMICA

Actualmente se conoce que el átomo está compuesto por un núcleo atómico, en el que se concentra casi toda su masa, rodeado de una nube de electrones.

Se descubrió que también el núcleo está formado por partes, como los protones, con carga positiva, y neutrones, eléctricamente neutros. Nota 1 Los electrones, cargados negativamente, permanecen ligados a este mediante la fuerza electromagnética.

Los átomos se clasifican de acuerdo al número de protones y neutrones que contenga su núcleo. El número de protones o número atómico determina su elemento químico, y el número de neutrones determina su isótopo. Un átomo con el mismo número de protones que de electrones es eléctricamente neutro.

• Partículas subatómicas.

A pesar de que átomo significa “indivisible”, en realidad está formado por varias partículas subatómicas. El átomo contiene protones, neutrones y electrones.

El electrón es la partícula más ligera de cuantas componen el átomo, con una masa de 9,11 • 10−31 kg. Tiene una carga eléctrica negativa, cuya magnitud se define como la carga eléctrica elemental. Los protones tienen una masa de 1,67 • 10−27 kg, y una carga positiva. Los neutrones tienen un masa de 1,69 • 10−27 kg y no poseen carga eléctrica.

El protón y el neutrón no son partículas elementales, sino que constituyen un estado ligado de quarks (constituyentes fundamentales de la materia) u y d, partículas fundamentales recogidas en el modelo estándar de la física de partículas, con cargas eléctricas iguales a +2/3 y −1/3 respectivamente, respecto de la carga elemental.

• El núcleo atómico

Los protones y neutrones de un átomo se encuentran ligados en el núcleo atómico, en la parte central del mismo. El volumen del núcleo es aproximadamente proporcional al número total de nucleones. Los nucleones se mantienen unidos mediante la fuerza nuclear, que es mucho más intensa que la fuerza electromagnética a distancias cortas, lo cual permite vencer la repulsión eléctrica entre los protones.

Los átomos de un mismo elemento tienen el mismo número de protones, que se denomina número atómico y se representa por Z. Los átomos de un elemento dado pueden tener distinto número de neutrones: se dice entonces que son isótopos. Ambos números conjuntamente determinan el núclido.

• Nube de electrones

Los electrones en el átomo son atraídos por los protones a través de la fuerza electromagnética. Esta fuerza los atrapa en un pozo de potencial electrostático alrededor del núcleo, lo que hace necesaria una fuente de energía externa para liberarlos. Cuanto más cerca está un electrón del núcleo, mayor es la fuerza atractiva, y mayor por tanto la energía necesaria para que escape.

Los electrones, como otras partículas, presentan simultáneamente propiedades de partícula puntual y de onda, y tienden a formar un cierto tipo de onda estacionaria alrededor del núcleo, en reposo respecto de este. Cada una de estas ondas está caracterizada por un orbital atómico, una función matemática que describe la probabilidad de encontrar al electrón en cada punto del espacio. El conjunto de estos orbitales es discreto, es decir, puede enumerarse, como es propio en todo sistema cuántico. La nube de electrones es la región ocupada por estas ondas, visualizada como una densidad de carga negativa alrededor del núcleo.

Cada orbital corresponde a un posible valor de energía para los electrones, que se reparten entre ellos. El principio de exclusión de Pauli prohíbe que más de dos electrones se encuentren en el mismo orbital. Pueden ocurrir transiciones entre los distintos niveles de energía: si un electrón absorbe un fotón con energía suficiente, puede saltar a un nivel superior; también desde un nivel más alto puede acabar en un nivel inferior, radiando el resto de la energía en un fotón. Las energías dadas por las diferencias entre los valores de estos niveles son las que se observan en las líneas espectrales del átomo.

ENLACES ATÓMICOS

Los átomos se unen entre sí para formar moléculas mediante fuerzas de enlace. El enlace se define como la fuerza que mantiene juntos a grupos de dos o más átomos y hace que funcionen como unidad. Existen dos categorías de enlaces los primarios (con mayor fuerza de enlace) y los secundarios (poca fuerza de enlace).

Un enlace atómico es un enlace químico. El enlace químico es el proceso físico responsable de las interacciones entre átomos y moléculas. La variedad de enlaces es amplia. Está el covalente, el iónico, el de hidrógeno, el metálico, así como otros tipos de enlaces, y todos tienen una conexión que funciona en muchas cosas diarias.

Hay dos tipos diferentes de enlaces atómicos:

• Los enlaces primarios: enlace primarios son el iónico, el covalente y el metálico. Los enlaces primarios producen los enlaces químicos que mantienen a los átomos unidos.

• Los enlaces secundarios: encontramos los de puente de H, fuerzas de Van-Der-Waals, derivados de enlaces covalentes polares y no polares.

Enlace Iónico

Consiste en la atracción electrostática entre átomos con cargas eléctricas de signo contrario.

Este enlace se establece entre átomos de elementos poco electronegativos con los de elementos muy electronegativos.

Es necesario que uno de los elementos pueda ganar electrones y el otro perderlos como se ha dicho anteriormente este tipo de enlace se suele producir entre un no metal y un metal. Los compuestos iónicos poseen una estructura cristalina independientemente de su naturaleza.

Ejemplo:

La transferencia de un electrón desde el Na ocurre pues la configuración electrónica de su estado iónico Na+ es más estable, tiene completa su capa orbital más externa. Como contra partida, el cloro capta este electrón, formado una especie estable, el CI- completa su capa más externa. Las especies con una carga eléctrica (Na+ y Cl-) son llamados iones, formando el enlace iónico. El ión positivo (Na+) es el catión y el ión negativo (CI-) el anión.

Características o propiedades

• Son sólidos a temperatura ambiente.

• Son tan fuertes las fuerzas de atracción que los iones siguen ocupando sus posiciones en la red, incluso a centenares de grados de temperatura. Por tanto, son rígidos y funden a temperaturas elevadas.

• En estado sólido no conducen la corriente eléctrica, pero sí lo hacen cuando se hallan disueltos o fundidos.

• Tienen altos puntos de fusión y de ebullición debido a la fuerte atracción entre los iones. Por ello pueden usarse como material refractario.

• Son frágiles y quebradizos.

• Ofrecen mucha resistencia a la dilatación.

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