TECNOLOGIA DE LOS MATERIALES

ÍNDICE

PP.

Introducción………………………………………………………………………… 3

Estructura de los átomos……………………………………………………….…… 4

Números atómicos y masas atómicas………………………………………………. 5

El átomo de hidrógeno……………………………………………………………… 6

Números cuánticos de los electrones atómicos…………………………………….. 7

Estructura electrónica de los átomos multieléctricos………………………….……. 11

Estructura electrónica y reactividad química……………………………………….. 14

Conclusión………………………………………………………………………….. 16

Bibliografía…………………………………………………………………………. 17

INTRODUCCIÓN

En este tema se estudiara los distintos modelos atómicos que se han propuesto a lo largo de la historia de la Ciencia, historia que en este terreno es muy reciente, pues, desde un punto de vista rigurosamente científico, comienza prácticamente en 1909 con el modelo atómico de Rutherford. Mucho antes, en el siglo V antes de J.C., algunos filósofos griegos (Leucipo, Demócrito, entre otros) sostenían que la materia era discontinua y estaba formada por pequeñas partículas indivisibles (átomos), pero su tratamiento fue puramente especulativo, no científico.

En la actualidad no cabe pensar en el átomo como partícula indivisible, en él existen una serie de partículas subatómicas de las que protón, electrón y neutrón son las más importantes. El electrón es una partícula cargada negativamente. Su carga es de 1.602 *10-19 culombios y su masa en reposo 9.11 * 10-31 kg (equivalente a 0.00055 u).

El protón es una partícula con carga eléctrica igual a la del electrón, pero positiva, su más en reposo 1.672 *10-27 kg (equivalente a 1.00705 u). El neutrón es una partícula eléctricamente neutra, cuya masa es 1.675*10-27 kg (equivalente a 1.00885 u).

Se denomina número atómico, Z, al número de protones del núcleo de un átomo, que es igual al número de electrones por ser el átomo neutro. Se denomina numero másico, A, a la suma del numero de protones y de neutrones del núcleo de un átomo. 

Estructura de los átomos

La estructura atómica influye en la forma en que los átomos se unen entre sí; esta compresión a su vez nos ayuda a clasificar los materiales como metales, semiconductores, cerámicas y polímeros, y nos permite llegar a ciertas conclusiones generales en relación con las propiedades mecánicas y el comportamiento físico de estas cuatro clases de materiales.

Un átomo está compuesto de un núcleo rodeado por electrones. El núcleo contiene neutrones y protones de cargas positivas y tiene una carga positiva neta. Los electrones, de cargas negativas, están sujetos al núcleo por atracción electrostática. La carga eléctrica q que llevan cada electrón y cada protón es de 1.60x10-19 coulomb (C). Dado que el número de electrones y protones en el átomo es el mismo, en su conjunto el átomo es eléctricamente neutro.

El número atómico de un elemento es igual al número de electrones o protones en cada átomo. Por tanto, un átomo de hierro, que contiene 26 electrones y 26 protones, tiene un número atómico de 26.

La mayor parte de la masa del átomo se encuentra en el núcleo. La masa de cada protón y casa neutrón es 1.67x10-24 g, pero la de cada electrón es de únicamente 9.11x10-28 g. La masa atómica M, que corresponde al número prometido de protones y neutrones en el átomo es la masa de una cantidad de átomos igual al número de avogadro, N_A^1 N_A=6.02x〖10〗^23 〖mol〗^(-1) es el numero de átomos o moléculas en un mol o moléculas gramo. Por tanto, la masa atómica tiene unidades de g/mol. Una unidad alterna para la masa atómica es la unidad de masa atómica, es decir u.m.a, que es 1/12 de la masa del carbono 12. Como un ejemplo, un mol de hierro contiene 6.02x1023 átomos y tiene una masa de 55.847 g, es decir 55.847 uma.

Números atómicos y masas atómicas

Los átomos de diferentes elementos tienen diferente número de electrones y protones. El número de protones en el núcleo de un átomo recibe el nombre de número atómico, se representa con la letra Z y da la identidad del átomo. N átomo en su estado natural es neutro y tiene número igual electrones y protones. Un átomo de sodio tiene un número atómico 11, posee 11 electrones y 11 electrones. Un átomo de magnesio Mg, tiene número atómico 12, posee 12 electrones y 12 protones, y un átomo de Uranio U, que tiene número atómico 92, posee 92 electrones y 92 protones y el orden en la tabla periódica está de acuerdo a números atómicos.

Los isótopos

Se puede observar que los pesos atómicos de los elementos no corresponden a números enteros; por ejemplo, el sodio tiene un peso de 22,990 u.m.a, el titanio 47,90 u.m.a y el rubidio 85, 468 u.m.a, si el protón y electrón tiene 1 u.m.a por que los átomos no tiene números enteros de umas en su peso?

Partícula masa u.m.a masa gramos

+1 1.00728 1.673 x 10 -24

0 1.00867 1.675 10 -24

-1 0.000549 9.108 10 –28

u.m.a: 1.66 10 –24 g; 1g = 6,02 10 23 u.m.a

La realidad es que todos los átomos no pesan igual. Cuando Dalton propuso que todos los elementos deben tener el mismo peso, tamaño y forma, pero se desconocida los isótopos que son átomos que tienen igual número de electrones y protones pero cambia en el número de neutrones. Los elementos distintos en Z que tienen igual número de masa A se denominan isóbaros. En los elementos radiactivos son muy comunes por ejemplo:

Si se toman una muestra al azar de átomos de hidrógeno se halla que el 99, 985 % es de protio 0, 0149 % serán de deuterio y el resto 0.0001 del porcentaje de tritio. El peso presente en la tabla periódica para el hidrógeno es el promedio ponderado de los tres valores o sea 1,008 u.m.a.

Masas atómicas

La masa atómica (ma) es la masa de un átomo, más frecuentemente expresada en unidades de masa atómica unificada. La masa atómica puede ser considerada como la masa total de protones y neutrones en un solo átomo (cuando el átomo no tiene movimiento). La masa atómica es algunas veces usada incorrectamente como un sinónimo de masa atómica relativa, masa atómica media y peso atómico; estos últimos difieren sutilmente de la masa atómica.

La masa atómica está definida como la masa de un átomo, que sólo puede ser de un isótopo a la vez, y no es un promedio ponderado en las abundancias de los isótopos. En el caso de muchos elementos que tienen un isótopo dominante, la similitud/diferencia numérica real entre la masa atómica del isótopo más común y la masa atómica relativa o peso atómico estándar puede ser muy pequeña, tal que no afecta muchos cálculos bastos, pero tal error puede ser crítico cuando se consideran átomos individuales. Para elementos con más de un isótopo común, la diferencia puede llegar a ser de media unidad o más (por ejemplo, cloro). La masa atómica de un isótopo raro puede diferir de la masa atómica relativa o peso atómico estándar en varias unidades de masa.

El átomo de hidrógeno

El átomo de hidrógeno es el átomo más simple existente y el único que admite una solución analítica exacta desde el punto de vista de la mecánica cuántica. El átomo de hidrógeno, es conocido también como átomo monoelectrónico, debido a que está formado por un protón que se encuentra en el núcleo del átomo y que contiene más del 99% de la masa del átomo, y un sólo electrón que "orbita" alrededor de dicho núcleo (aunque también pueden existir átomos de hidrógeno con núcleos formados por un protón y 1 o 2 neutrones adicionales, llamados deuterio y tritio).

Se puede hacer una analogía pedagógica del átomo de hidrógeno con un Sistema Solar, donde el sol sería el único Núcleo atómico y que tiene la mayor cantidad de masa 99% y en su órbita tuviera un planeta (Electrón) que conformaría el 1% restante de la masa del sistema solar (átomo de protio (1H)), esto hace que el hidrógeno sea el más simple de todos los elementos de la tabla periódica.

Números cuánticos de los electrones atómicos

Números cuánticos

Los números cuánticos son unos números que se conservan en los sistemas cuánticos. Corresponden con aquellos observables que conmutan con el Hamiltoniano del sistema. Así, los números cuánticos permiten caracterizar los estados estacionarios, es decir los estados propios del sistema.

En física atómica, los números cuánticos son valores numéricos discretos que nos indican las características de los electrones en los átomos, esto está basado en la teoría atómica de Niels Bohr que es el modelo atómico más aceptado y utilizado en los últimos tiempos por su simplicidad.

En física de partículas, también se emplea el término números cuánticos para designar a los posibles valores de ciertos observables o magnitud física que poseen un espectro o rango posible de valores discreto

Conjunto de números cuánticos

El conjunto de números cuánticos más ampliamente estudiado

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