atomos y los diferentes modelos atomicos y estructuras cristalinas

1. República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior
Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño
Maracaibo, Edo Zulia
Cátedra: Ciencias de los Materiales
ÁTOMOS Y ESTRUCTURAS CRISTALINAS
Maracaibo, septiembre del 2015
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior
tuto Universitario Politécnico Santiago Mariño
Maracaibo, Edo Zulia
Cátedra: Ciencias de los Materiales
ÁTOMOS Y ESTRUCTURAS CRISTALINAS
Nombre: Nelson Martínez
C.I.18693808
Carrera: Ing. Mtto Mecánico
Maracaibo, septiembre del 2015
Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior
ÁTOMOS Y ESTRUCTURAS CRISTALINAS
Nombre: Nelson Martínez
Carrera: Ing. Mtto Mecánico

2. El Átomo
Un átomo es la unidad constituyente más pequeña de la materia ordinaria
que tiene las propiedades de un elemento. Cada sólido, líquido, gas y plasma se
compone de átomos neutros o ionizados. Los átomos son muy pequeños; los
tamaños típicos son alrededor de 100 pm (diez mil millonésima parte de un
metro). No obstante, los átomos no tienen límites bien definidos y hay diferentes
formas de definir su tamaño que dan valores diferentes pero cercanos.
Cada átomo se compone de un núcleo y uno o más electrones unidos al
núcleo. El núcleo está compuesto de uno o más protones y típicamente un número
similar de neutrones (ninguno en el hidrógeno-1). Los protones y los neutrones
son llamados nucleones. Más del 99,94 % de la masa del átomo está en el núcleo.
Los protones tienen una carga eléctrica positiva, los electrones tienen una
carga eléctrica negativa y los neutrones no tienen carga eléctrica. Si el número de
protones y electrones son iguales, ese átomo es eléctricamente neutro. Si un
átomo tiene más o menos electrones que protones, entonces tiene una carga
global negativa o positiva, respectivamente, y se denomina ion.

3. Modelos Atómicos
Teoría Atómica de Dalton
Los átomos de Dalton difieren de los átomos imaginados por los filósofos
griegos, los cuales los suponían formados por la misma materia primordial aunque
difiriendo en forma y tamaño. La hipótesis atómica de los antiguos era una
doctrina filosófica aceptada en sus especulaciones científicas por hombres como
galileo, boyle, newton, etc., pero no fue hasta
Dalton en que constituye una verdadera teoría
científica mediante la cual podían explicarse y
coordinarse cuantitativamente los fenómenos
observados y las leyes de las combinaciones
químicas.

4. Modelo Atómico de Dalton
Modelo Atómico de Thomson
Es una teoría sobre la estructura atómica propuesta en 1904 por Joseph
John Thomson, quien descubrió el electrón en 1897, mucho antes del
descubrimiento del protón y del neutrón. En dicho modelo, el átomo está
compuesto por electrones de carga negativa en un átomo positivo, incrustados en
este al igual que las pasas de un budín.
A partir de esta comparación, fue que el
supuesto se denominó "Modelo del budín de
pasas". Postulaba que los electrones se distribuían
uniformemente en el interior del átomo suspendido
en una nube de carga positiva. El átomo se
consideraba como una esfera con carga positiva
con electrones repartidos como pequeños gránulos. La herramienta principal con
la que contó Thomson para su modelo atómico fue la electricidad.

5. Modelo Atómico de Thomson
Modelo Atómico de Rutherford
El modelo de Rutherford fue el primer modelo
atómico que consideró al átomo formado por dos
partes: la "corteza" (luego denominada periferia),
constituida por todos sus electrones, girando a gran
velocidad alrededor de un "núcleo" muy pequeño;
que concentra toda la carga eléctrica positiva y casi
toda la masa del átomo.
Rutherford llegó a la conclusión de que la
masa del átomo se concentraba en una región
pequeña de cargas positivas que impedían el paso de las partículas alfa. Sugirió
un nuevo modelo en el cual el átomo poseía un núcleo o centro en el cual se
concentra la masa y la carga positiva, y que en la zona extra nuclear se
encuentran los electrones de carga negativa.

6. Diagrama del Modelo Atómico de Rutherford
Modelo Atómico de Bohr
Es un modelo clásico del átomo, pero fue el
primer modelo atómico en el que se introduce
una cuantización a partir de ciertos postulados. Fue
propuesto en 1913 por el físico danés Niels Bohr,
para explicar cómo los electrones pueden
tener órbitas estables alrededor del núcleo y por
qué los átomos presentaban espectros de emisión
característicos (dos problemas que eran ignorados
en el modelo previo de Rutherford).
Además el modelo de Bohr incorporaba ideas tomadas del efecto
fotoeléctrico, explicado por Albert Einstein en 1905. Bohr se basó en
el átomo de hidrógeno para hacer el modelo que lleva su nombre.

7. Modelo Atómico de Bohr
Modelo Atómico de Schrodinger
Es un modelo cuántico no relativista. Se basa
en la solución de la ecuación de Schrödinger para
un potencial electrostático con simetría esférica,
llamado también átomo hidrogenoide.
En este modelo los electrones se
contemplaban originalmente como una onda
estacionaria de materia cuya amplitud decaía
rápidamente al sobrepasar el radio atómico.
Sin embargo, el nombre de "modelo atómico"
de Schrödinger puede llevar a una confusión ya que no define la estructura
completa del átomo. El modelo de Schrödinger explica solo la estructura

8. electrónica del átomo y su interacción con la estructura electrónica de otros
átomos, pero no describe como es el núcleo atómico ni su estabilidad.
Modelo Atómico de Schrodinger
Estructura del Átomo
El átomo está formado por un núcleo, que contiene neutrones y protones, el
que a su vez está rodeado por electrones. La carga eléctrica de un átomo es nula.
Número atómico es el número de electrones o protones de un átomo. Masa
atómica (peso atómico) M, es la masa de una cantidad de átomos igual al número
de Avogadro, NA=6.023 x 1023 mol-1 (el cual es el número de átomos o
moléculas en un mol o molécula gramo), la cual se expresa en unidades de g/mol.
Una unidad alterna es la unidad de masa atómica una, que es la masa de un
átomo tomando como referencia a la del isótopo natural de carbono más ligero
C12. Por ejemplo un mol de hierro contiene átomos y tiene una masa de 55.847 g,
es decir 55.847 una. Isótopo.

9. Es el átomo de un mismo elemento pero con diferente masa atómica por
tener diferente número de neutrones pero igual número atómico.
Estructuras Cristalinas
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.

10. Sistemas Cristalográficos
Los cristalógrafos han demostrado que son necesarios solo siete tipos
diferentes de celda unidad para crear todas las redes puntuales. La mayor parte
de estos siete sistemas cristalinos presentan variaciones de la celda unida básica.
A. J. Bravais mostró que catorce celdas unidad estándar podían describir todas las
estructuras reticulares posibles.
Planos Cristalinos
Dirección en la celda
A menudo, es necesario referirnos a posiciones específicas en las redes
cristalinas. Esto es especialmente importante para metales y aleaciones con

11. propiedades que varían con la orientación cristalográfica. Para cristales cúbicos
los índices de las direcciones cristalográficas son los componentes vectoriales de
las direcciones resueltos a lo largo de cada eje coordenado y reducido a los
enteros más pequeños.
Para indicar en un diagrama la dirección en una celda cúbica unitaria
dibujamos un vector de dirección desde el origen (que es normalmente una
esquina de la celda cúbica) hasta que sale la superficie del cubo .Las coordenadas
de posición de la celda unidad donde el vector de posición sale de la superficie del
cubo después de ser convertidas a enteros son los índices de dirección. Los
índices de dirección se encierran entre corchetes sin separación por comas.
Planos en una celda unitaria
Las superficies cristalinas en celdillas unidad HCP pueden ser identificadas
comúnmente utilizando cuatro índices en lugar de tres. Los índices para los planos
cristalinos HCP, llamados índices Miller-Bravais, son designados por las letras h,
k, i, l y encerrados entre paréntesis (hkil). Estos índices hexagonales de 4indices
están basados en un sistema coordenado de 4 ejes.
Existen 3 ejes básicos, a1, a2, a3, que forman 1200 entre sí. El cuarto eje o
eje c es el eje vertical y está localizado
en el centro de la celdilla unidad. La
unidad a de medida a lo largo de los
ejes a1 a2 a3 es la distancia entre los
átomos a lo largo de estos ejes .la

12. unidad de medida a lo largo del eje es la altura de la celdilla unidad. Los
recíprocos de las intersecciones que un plano cristalino determina con los ejes, a1,
a2, a3 proporciona los índices h , k e i mientras el recíproco de la intersección con
el eje c da el índice.
Notación para Planos
Los planos basales de la celdilla unidad HCP son muy importantes para esta
celdilla unidad puesto que el plano basal de la celdilla HCP es paralelo a los ejes,
a , a2 , a3 las intersecciones de este plano con estos ejes serán todas de valor
infinito . Así, a1 = ", a2 = " a3 = "
El eje c, sin embargo, es único puesto que el plano basal superior
intersecciona con el eje c a una distancia unidad. Tomando los recíprocos de
estas intersecciones tenemos los índices de Miller-Bravais para el plano Basal
HCP. Así, H =0 K=0 I = 0 y L=1. El plano basal es, por tanto un plano cero-cero-
cero-uno o plano (0001).
Los planos (100) y (200) son paralelos pero en el primero los puntos de corte son (1, , ) y el
segundo son (0.5,  ).

13. Importancia del índice de Miller
A veces es necesario referirnos a planos reticulares específicos de átomos
dentro de una estructura cristalina o puede ser interesante conocer la orientación
cristalográfica de un plano o grupo de planos en una red cristalina. Para identificar
planos cristalinos es estructuras cristalinas cúbicas se usa la notación de Miller.
Los índices de Miller de un plano cristalino están definidos como los recíprocos de
las intersecciones, que el plano determina con los ejes x, y, z de los tres lados no
paralelos del cubo unitario.
Las aristas de una celda cúbica unitaria presentan longitudes unitarias y las
intersecciones de los planos de una red se miden en base a estas longitudes
unitarias .El procedimiento de determinación de los índices de Miller para un plano
de un cristal cúbico es el siguiente:
• Escoger un plano que no pase por el origen en (0,0,0)
• Determinar las interacciones del plano en base a los ejes x,y,z
cristalográficos para un cubo unitario , estas interacciones pueden ser
fraccionarias
• Construir los recíprocos de estas intersecciones
• Despejar fracciones y determinar el conjunto más pequeño de números
esteros que estén en la misma razón que las intersecciones. Esos números
enteros son los índices de Miller de un plano cristalográfico y se encierran
entre paréntesis sin usar comas. La notación (hkl) se usa para indicar
índices de Miller en sentido general, donde h, k y l son losíndices de Miller
para un plano de un cristal cúbico de ejes x, y, z respectivamente.

14. Determinación de los índices de Miller en las redes cubicas.
Estructuras Cristalinas Típicas
La estructura cristalina, formada por la distribución de átomos, iones o
moléculas, es en realidad la que constituye la base material que forma el cristal.
Mientras que la red cristalina refleja el hecho de que el cristal es periódico y por
ello, determina la simetría tratada hasta el momento, la estructura del cristal no
sólo determina su periodicidad, marcada por la red y por la celda unidad de la
misma, sino que determina el motivo, es decir, la parte material constituida por
átomos, iones y moléculas que llenan la citada celda unidad.

15. Aunque las estructuras cristalinas de gran complejidad se calculan mediante
determinados métodos a partir de las intensidades de las reflexiones de Bragg, en
este capítulo se describen las estructuras de algunos compuestos sencillos de
manera que se alcance una comprensión de ciertos conceptos estructurales
elementales.
Un cristal viene definido, en primer lugar, por su composición química y, por
tanto, es la relación estequiométrica el factor dominante en una estructura. La
influencia de la estequiometríca es evidente, por ejemplo, un cristal de ClNa, por
ejemplo, no puede tener, en modo alguno, la misma estructura que la anhidrita
(SO4Ca) o que la calcita (CO3Ca) o que un silicato cualquiera, puesto que no sólo
los átomos que forman estos cristales son diferentes química y físicamente, sino
que sus componentes entran en la fórmula química en relaciones muy distintas.
Cuando las estructuras están formadas por dos o más tipos de átomos
unidos por enlace iónico, puro o combinado con otros (que es lo más frecuente),
los poliedros de coordinación estarán en función de la relación de sus radios.
Además, existen ciertos principios generales que regulan esta coordinación entre
iones que son las denominadas Reglas de Pauling.
Las estructuras que aquí se consideran, tienen elevadas simetrías, y,
frecuentemente son visualizadas como un conjunto de esferas estrechamente
agrupadas. Los cristales compuestos de moléculas no pueden esperarse que
tengan estas simetrías elevadas, puesto que las propias moléculas tienen baja
simetría. No obstante, un conocimiento detallado de algunas estructuras sencillas
ilustra en la interpretación de estructuras de sustancias más complicadas.

16. Tipos de Estructuras
Son comunes tres estructuras de redes cristalinas en los metales:
Estructura Cúbica Centrada
Formada por un átomo 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.
Arriba, estructura cúbica centrada en el cuerpo. Abajo, estructura cúbica-primitiva.

17. Estructura cúbica centrada en el cuerpo
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
Estructura cúbica centrada en las caras
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.

18. Estructura Cúbica Centrada en las Caras
Cada átomo está rodeado por doce átomos adyacentes y los átomos de las
caras están en contacto.
Estructura hexagonal compacta
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.
Algunos metales sufren cambio de estructura a diferentes temperaturas como
el hierro que se presenta como cúbico centrado a temperatura normal pero cambia

19. a centrado en las caras a 912°C y vuelve a ser cúbico centrado a 1400°C; cuando
un metal cambia su estructura de esta manera se dice que es alotrópico.

20. Celdas hexagonal compacta