Reacciones Químicas Y Materiales

REACCIONES QUÍMICAS

1. ATOMO

Definimos átomo como la partícula más pequeña en que un elemento puede ser dividido sin perder sus propiedades químicas. Aunque el origen de la palabra átomo proviene del griego, que significa indivisible, los átomos están formados por partículas aún más pequeñas, las partículas subatómicas. Generalmente, estas partículas subatómicas con las que están formados los átomos son tres:

• los electrones: tienen una carga negativa y son las partículas subatómicas más livianas que tienen los átomos

• Neutrones: Un neutrón es una partícula subatómica contenida en el núcleo atómico. No tiene carga eléctrica neta, a diferencia de carga eléctrica positiva del protón. El número de neutrones en un núcleo atómicodetermina el isótopo de ese elemento.

• Un protón es una partícula cargada positivamente que se encuentra dentro del núcleo atómico. El número de protones en el núcleo atómico es el que determina el número atómico de un elemento, como se indica en la tabla periódica de los elementos.

El protón tiene carga +1 (o, alternativamente, 1,602 x 10-19 culombios), exactamente lo contrario de la carga -1 que contiene el electrón. En masa, sin embargo, no hay competencia - la masa del protón es aproximadamente 1.836 veces mayor que la de un electrón.

De este modo, la parte central del átomo, el núcleo atómico, tiene una carga positiva en la que se concentra casi toda su masa, mientras que en el escorzo a, alrededor del núcleo atómico, hay un cierto número de electrones, cargados negativamente. La carga total del núcleo atómico (positiva) es igual a la carga negativa de los electrones, de modo que la carga eléctrica total del átomo sea neutra.

Esta descripción de los electrones orbitando alrededor del núcleo atómico corresponde al sencillo modelo de Bohr. Según la mecánica cuántica cada partícula tiene una función de onda que ocupa todo el espacio y los electrones no se encuentran localizados en órbitas aunque la probabilidad de presencia sea más alta a una cierta distancia del núcleo.

Propiedades de los atomos:

Las unidades básicas de la química son los átomos. Durante las reacciones químicas los átomos se conservan como tales, no se crean ni se destruyen, pero se organizan de manera diferente creando enlaces diferentes entre un átomo y otro.

Los átomos se agrupan formando moléculas y otros tipos de materiales. Cada tipo de molécula es la combinación de un cierto número de átomos enlazados entre ellos de una manera específica.

Según la composición de cada átomo se diferencian los distintos elementos químicos representados en la tabla periódica de los elementos químicos. En esta tabla podemos encontrar el número atómico y el número másico de cada elemento:

• Número atómico, se representa con la letra Z, indica la cantidad de protones que presenta un átomo, que es igual a la de electrones. Todos los átomos con un mismo número de protones pertenecen al mismo elemento y tienen las mismas propiedades químicas. Por ejemplo todos los átomos con unprotón serán de hidrógeno (Z = 1), todos los átomos con dos protones serán de helio (Z = 2).

• Número másico, se representa con la letra A, y hace referencia a la suma de protones y neutrones que contiene el elemento. Los isótopos son dos átomos con el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones. Los isótopos de un mismo elemento, tienen unas propiedades químicas y físicas muy parecidas entre sí.

2. MOLECULA

Es la partícula más pequeña que presenta todas las propiedades físicas y químicas de una sustancia, y se encuentra formada por dos o más átomos. Los átomos que forman las moléculas pueden ser iguales (como ocurre con la molécula de oxígeno, que cuenta con dos átomos de oxígeno) o distintos (la molécula de agua, por ejemplo, tiene dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno).

Las moléculas se encuentran en constante movimiento, y esto se conoce como vibraciones moleculares (que pueden ser de tensión o de flexión). Sus átomos se mantienen unidos gracias a que comparten o intercambian electrones.

Cabe destacar que las moléculas pueden ser neutras o presentar carga eléctrica. En este último caso, se las denomina ion-molécula o ion poliatómico.

3. ENLACE IONICO:

un enlace iónico o electrovalente es la unión de átomos que resulta de la presencia de atracción electrostática entre losiones de distinto signo, es decir, uno fuertemente electropositivo (baja energía de ionización) y otro fuertemente electronegativo (altaafinidad electrónica). Eso se da cuando en el enlace, uno de los átomos capta electrones del otro. La atracción electrostática entre los iones de carga opuesta causa que se unan y formen un compuesto químico simple, aquí no se fusionan; sino que uno da y otro recibe. Para que un enlace iónico se genere es necesario que la diferencia (delta) de electronegatividades sea más que 1,7.Algunas características de este tipo de enlace son:

• Ruptura de núcleo masivo.

• Sus enlaces son muy fuertes

• Son sólidos a temperatura ambiente y poseen una estructura cristalina en el sistema cúbico.

• Altos puntos de fusión (entre 300 °C y 1000 °C) y ebullición

• Son enlaces resultantes de la interacción entre los metales de los grupos I y II y los no metales de los grupos VI y VII.

• Son solubles en agua y otras disoluciones acuosas debido al dipolo eléctrico que presentan las moléculas de agua; capaces de destruir la red.

• Una vez en solución acuosa son excelentes conductores de electricidad, ya que entonces los iones quedan libres.

• En estado sólido no conducen la electricidad, ya que los iones ocupan posiciones muy fijas en la red. Si utilizamos un bloque de salcomo parte de un circuito en lugar del cable, el circuito no funcionará. Así tampoco funcionará una bombilla si utilizamos como parte de un circuito un cubo de agua, pero si disolvemos sal en abundancia en dicho cubo, la bombilla del circuito se encenderá. Esto se debe a que los iones disueltos de la sal son capaces de acudir al polo opuesto (a su signo) de la pila del circuito y por ello éste funciona.

4. ENLACE COVALENTE:

Un enlace covalente entre dos átomos o grupos de átomos se produce cuando estos átomos se unen, para alcanzar el octeto estable, comparten electrones del último nivel.1 La diferencia de electronegatividades entre los átomos no es lo suficientemente grande como para que se produzca una unión de tipo iónica, en cambio, solo es posible la compartición de electrones con el fin de alcanzar la mayor estabilidad posible; para que un enlace covalente se genere es necesario que el delta de electronegatividad sea menor a 1,7.

De esta forma, los dos átomos comparten uno o más pares electrónicos en un nuevo tipo de orbital, denominado orbital molecular. Los enlaces covalentes se producen entre átomos de un mismo no metal y entre distintos no metales. Cuando distintos átomos de no metales se unen, a pesar de que ocurra el compartimento electrónico, uno de ellos resultara más electronegativo que el otro por lo que tendrá tendencia a atraer los electrones hacia su núcleo; esto genera un dipolo eléctrico (o molécula polar) como es el caso del agua. Estas polaridades permiten que las moléculas del mismo compuesto se atraigan entre si por fuerzas electrostáticas relativamente débiles, pero lo suficientemente fuertes para, en la mayoría de los casos, crear un estado de agregación líquido a la sustancia.

5. ESTRUCTURA CÚBICA CENTRADA EN LAS CARAS (FCC)

Está constituida por un átomo en cada vértice y un átomo en cada cara del cubo. Los metales que cristalizan en esta estructura son: hierro gama, cobre, plata, platino, oro, plomo y níquel. Cada átomo está rodeado por doce átomos adyacentes y los átomos de las caras están en contacto.

6. ESTRUCTURA CÚBICA CENTRADA EN EL CUERPO (BCC)

Formada por un atomo del metal en cada uno de los vértices de un cubo y un átomo en el centro. Los metales que cristalizan en esta estructura son: hierro alfa, titanio, tungsteno, molibdeno, niobio, vanadio, cromo, circonio, talio, sodio y potasio.

Cada átomo de la estructura, está rodeado por ocho átomos adyacentes y los átomos de los vértices están en contacto según las diagonales del cubo

7. ESTRUCTURA HEXAGONAL COMPACTA (HCP)

Esta estructura está determinada por un átomo en cada uno de los vértices de un prisma hexagonal, un átomo en las bases del prisma y tres átomos dentro de la celda unitaria. Cada átomo está rodeado por doce átomos y estos están en contacto según los lados de los hexágonos bases del prisma hexagonal. Los metales que cristalizan en esta forma de estructura son: titanio, magnesio, cinc, berilio, cobalto, circonio y cadmio.

MATERIALES

1. METALICOS:

material en el que existe un solapamiento entre la banda de valencia y la banda de conducción en su estructura electrónica (enlace metálico). Esto le da la capacidad de conducir fácilmente calor y electricidad,(tal como el cobre) y generalmente la capacidad de reflejar la luz, lo que le da su peculiar brillo. En ausencia de una estructura electrónica conocida, se usa el término para describir el comportamiento de aquellos materiales en los que, en ciertos rangos de presión ytemperatura, la conductividad eléctrica disminuye al elevar la temperatura, en contraste con los semiconductores. El concepto de metal se refiere tanto a elementos puros, así como aleaciones con características metálicas, como el acero y elbronce. Los metales comprenden la mayor parte de la tabla periódica de los elementos y se separan de los no metales por una línea diagonal entre el boro y el polonio. En comparación con los no metales tienen baja electronegatividad y baja energía deionización, por lo que es más fácil que los metales cedan electrones y más difícil que los ganen.

2. PLASTICOS:

Los plásticos son sustancias químicas sintéticas denominadas polímeros, de estructura macromolecular que puede ser moldeada mediante calor o presión y cuyo componente principal es el carbono. Estos polímeros son grandes agrupaciones de monómeros unidos mediante un proceso químico llamado polimerización. Los plásticos proporcionan el balance necesario de propiedades que no pueden lograrse con otros materiales, por ejemplo: color, poco peso, tacto agradable y resistencia a la degradación ambiental y biológica.

De hecho, plástico se refiere a un estado del material, pero no al material en sí: los polímeros sintéticos habitualmente llamados plásticos, son en realidad materiales sintéticos que pueden alcanzar el estado plástico, esto es cuando el material se encuentra viscoso o fluido, y no tiene propiedades deresistencia a esfuerzos mecánicos. Este estado se alcanza cuando el material en estado sólido se transforma en estado plástico generalmente por calentamiento, y es ideal para los diferentes procesos productivos ya que en este estado es cuando el material puede manipularse de las distintas formas que existen en la actualidad. Así que la palabra plástico es una forma de referirse a materiales sintéticos capaces de entrar en un estado plástico, pero plástico no es necesariamente el grupo de materiales a los que cotidianamente hace referencia esta palabra.

3. CERAMICOS:

Un material cerámico es un tipo de material inorgánico, no metálico, buen aislante y que además tiene la propiedad de tener una temperatura de fusión y resistencia muy elevada. Asimismo, su módulo de Young (pendiente hasta el límite elástico que se forma en un ensayo de tracción) también elevado, además presentan un modo de rotura frágil.

Todas estas propiedades, hacen que los materiales cerámicos sean imposibles de fundir y de mecanizar por medios tradicionales (fresado, torneado, brochado, etc). Por esta razón, en las cerámicas realizamos un tratamiento de sinterización. Este proceso, por la naturaleza en la cual se crea, produce poros que pueden ser visibles a simple vista. Un ensayo a tracción, por los poros y un módulo de Young y una fragilidad elevados y al tener un enlace interatómico (iónico y/o covalente),1 es imposible de realizar. Existen materiales cerámicos cuya tensión mecánica en un ensayo de compresión puede llegar a ser superior a la tensión soportada por el acero. La razón, viene dada por la compresión de los poros/agujeros que se han creado en el material. Al comprimir estos poros, la fuerza por unidad de sección es mayor que antes del colapso de los poros.

4. CRISTALINOS

La estructura cristalina es la forma sólida de cómo se ordenan y empaquetan los átomos, moléculas, o iones. Estos son empaquetados de manera ordenada y con patrones de repetición que se extienden en las tres dimensiones del espacio. La cristalografía es el estudio científico de los cristales y su formación.

El estado cristalino de la materia es el de mayor orden, es decir, donde las correlaciones internas son mayores. Esto se refleja en sus propiedades antrópicas y discontinuas. Suelen aparecer como entidades puras, homogéneas y con formas geométricas definidas (hábito) cuando están bien formados. No obstante, su morfología externa no es suficiente para evaluar la denominada cristalinidad de un material.

5. COMPUESTOS

aquellos materiales que se forman por la unión de dos materiales para conseguir la combinación de propiedades que no es posible obtener en los materiales originales. Estos compuestos pueden seleccionarse para lograr combinaciones poco usuales de rigidez, resistencia, peso, rendimiento a alta temperatura, resistencia a la corrosión, dureza o conductividad.1 Los materiales son compuestos cuando cumplen las siguientes características:

• Están formados de dos o más componentes distinguibles físicamente y separables mecánicamente.

• Presentan varias fases químicamente distintas, completamente insolubles entre sí y separadas por una interfase.

• Sus propiedades mecánicas son superiores a la simple suma de las propiedades de sus componentes (sinergia).

• No pertenecen a los materiales compuestos, aquellos materiales polifásicos; como las aleaciones metálicas, en las que mediante un tratamiento térmico se cambian la composición de las fases presentes.2

Estos materiales nacen de la necesidad de obtener materiales que combinen las propiedades de los cerámicos, los plásticos y los metales.

6. ELECTRONICOS

Son sustancias inorgánicas unidas mediante enlaces covalentes altamente direccionales.

Son básicamente elementos del grupo 14 (Si o Ge) que pueden tener impurezas de

elementos de los grupos 13 (B,Al y Ga) y 15 (P,As y Sb). Tienen multitud de aplicaciones en el campo de la electrónica.

A partir de obleas de Si se fabrican:Chip de Si,Memorias digitales a gran escala (LSI) por ejemplo memorias RAM,Diodos de Si rectificadores que transforman la corriente continua en corriente alterna y diodos de avalancha que se usan como limitadores de tensión

7. BIOLOGICOS

Material biológico o biomaterial pueden hacer referencia a: Los tejidos animales pueden recibir este nombre;biomasa es la materia biológica, viva o muerta, y a menudo se llama así también a las plantas cultivadas como combustible; en ecología, biomasa es la masa total de materia biológica que vive por unidad de área;biomateriales, materiales biocompatibles o materiales bioaplicables son aquellos que se utilizan en cirugía;biomolécula, un compuesto químico que se produce de forma natural en los organismos vivos;biota es el conjunto de especies de seres vivos de una determinada área;materiales bióticos, de los seres vivos;materiales de base biológica , materiales bióticos procesados;componentes celulares, materiales y sustancias de las cuales las células (y por lo tanto los organismos vivos) se componen;la materia orgánica, derivada de los seres vivos y con un contenido de carbono;material viable, capaz de vivir, desarrollarse o germinar en condiciones favorables;fluido corporal son aquellos que se producen en el interior de los seres vivos.A los desechos orgánicos, tales como los desechos hospitalarios.

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