Atomos

1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
ESCUELA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
EXTENSIÓN MATURÍN
Átomos y Estructura Cristalina.
Realizado Por:
Andrea Araguayan CI: 25.431.363
Maturín, Febrero -2017.

2. Introducción.
La química es probablemente la única rama de las ciencias experimentales cuyo
objeto de estudio está en permanente expansión, dado que el número de nuevas
moléculas, sintetizadas por el hombre crece día a día. El mundo actual y nuestra
vida cotidiana están marcados por un sinnúmero de productos de síntesis, desde
los materiales más diversos en forma de fibras, plásticos o colorantes, hasta los
medicamentos, los plaguicidas o los fertilizantes. Gran parte de la "cultura del
bienestar" se fundamenta en la puesta a disposición del hombre de estos
productos que son fruto, entre otras cosas, de un profundo conocimiento de la
estructura atómica y molecular.
Los entes objeto de estudio por parte de la Química, las moléculas, son átomos
enlazados entre sí para formar un edificio más complejo y con propiedades
completamente distintas de las de sus constituyentes. Parece lógico que una de
las primeras inquietudes de los científicos fuera conocer las características de
esos constituyentes, en un primer intento para entender cómo se unen entre sí
para formar nuevos sistemas que van desde la simplicidad de una molécula de
hidrógeno a la complejidad de una proteína. Por otra parte, de nada serviría el
esfuerzo de sintetizar nuevas moléculas si no fuésemos capaces de entender y
explicar sus estructuras y propiedades y por ende predecir su posible
comportamiento y aplicaciones.

3. Átomos y Estructura Cristalina.
Un átomo es la unidad constituyente más pequeña de la materia que tiene las
propiedades de un elemento químico. 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. Los átomos son lo
suficientemente pequeños para que la física clásica dé resultados notablemente
incorrectos. A través del desarrollo de la física, los modelos atómicos han
incorporado principios cuánticos para explicar y predecir mejor su comportamiento.
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 tienen ambas cargas eléctricas, haciéndolos neutros. 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.
Los electrones de un átomo son atraídos por los protones en un núcleo atómico
por esta fuerza electromagnética. Los protones y los neutrones en el núcleo son
atraídos el uno al otro por una fuerza diferente, la fuerza nuclear, que es
generalmente más fuerte que la fuerza electromagnética que repele los protones
cargados positivamente entre sí. Bajo ciertas circunstancias, la fuerza
electromagnética repelente se vuelve más fuerte que la fuerza nuclear y los
nucleones pueden ser expulsados del núcleo, dejando tras de sí un elemento
diferente: desintegración nuclear que resulta en transmutación nuclear.
El número de protones en el núcleo define a qué elemento químico pertenece el
átomo: por ejemplo, todos los átomos de cobre contienen 29 protones. El número
de neutrones define el isótopo del elemento. El número de electrones influye en
las propiedades magnéticas de un átomo. Los átomos pueden unirse a otro u otros
átomos por enlaces químicos para formar compuestos químicos tales como
moléculas. La capacidad de los átomos de asociarse y disociarse es responsable
de la mayor parte de los cambios físicos observados en la naturaleza y es el tema
de la disciplina de la química.

4. No toda la materia del universo está compuesta de átomos. La materia oscura
constituye más del universo que la materia y no se compone de átomos, sino de
partículas de un tipo actualmente desconocido.
Estructura atómica.
 Partículas subatómicas: A pesar de que átomo significa indivisible, en
realidad está formado por varias partículas subatómicas. El átomo contiene
protones, neutrones y electrones, con la excepción del hidrógeno-1, que no
contiene neutrones, y del catión hidrógeno o hidrón, que no contiene
electrones. Los protones y neutrones del átomo se denominan nucleones,
por formar parte del núcleo atómico.
 El núcleo atómico: 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.
El núcleo atómico puede verse alterado por procesos muy energéticos en
comparación con las reacciones químicas. Los núcleos inestables sufren
desintegraciones que pueden cambiar su número de protones y neutrones
emitiendo radiación. Un núcleo pesado puede fisionarse en otros más ligeros en
una reacción nuclear o espontáneamente. Mediante una cantidad suficiente de
energía, dos o más núcleos pueden fusionarse en otro más pesado.
En átomos con número atómico bajo, los núcleos con una cantidad distinta de
protones y neutrones tienden a desintegrarse en núcleos con proporciones más
parejas, más estables. Sin embargo, para valores mayores del número atómico, la
repulsión mutua de los protones requiere una proporción mayor de neutrones para
estabilizar el núcleo.
 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.

5. 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.
Propiedades atómicas.
 Masa: La mayor parte de la masa del átomo viene de los nucleones, los
protones y neutrones del núcleo. También contribuyen en una pequeña
parte la masa de los electrones, y la energía de ligadura de los nucleones,
en virtud de la equivalencia entre masa y energía. La unidad de masa que
se utiliza habitualmente para expresarla es la unidad de masa atómica (u).
 Tamaño: Los átomos no están delimitados por una frontera clara, por lo que
su tamaño se equipara con el de su nube electrónica. Sin embargo,
tampoco puede establecerse una medida de esta, debido a las propiedades
ondulatorias de los electrones. En la práctica, se define el radio atómico
estimándolo en función de algún fenómeno físico, como la cantidad y
densidad de átomos en un volumen dado, o la distancia entre dos núcleos
en una molécula.
 Niveles de energía: Un electrón ligado en el átomo posee una energía
potencial inversamente proporcional a su distancia al núcleo y de signo
negativo, lo que quiere decir que esta aumenta con la distancia. La
magnitud de esta energía es la cantidad necesaria para desligarlo, y la
unidad usada habitualmente para expresarla es el electrónvoltio (eV). En el
modelo mecanocuántico solo hay un conjunto discreto de estados o niveles
en los que un electrón ligado puede encontrarse, es decir, enumerables
cada uno con un cierto valor de la energía. El nivel con el valor más bajo se
denomina el estado fundamental, mientras que el resto se denominan
estados excitados.
 Interacciones eléctricas entre protones y electrones: Antes del experimento
de Rutherford la comunidad científica aceptaba el modelo atómico de
Thomson, situación que varió después de la experiencia de Ernest
Rutherford. Los modelos posteriores se basan en una estructura de los
átomos con una masa central cargada positivamente rodeada de una nube
de carga negativa.

6. Modelos atómicos.
Año Científico Descubrimientos experimentales Modelo atómico
1808
John Dalton
Durante el s.XVIII y principios del
XIX algunos científicos habían
investigado distintos aspectos de las
reacciones químicas, obteniendo las
llamadas leyes clásicas de la
Química.
La imagen del átomo expuesta por
Dalton en su teoría atómica, para
explicar estas leyes, es la de minúsculas
partículas esféricas, indivisibles e
inmutables,
iguales entre sí en
cada elemento
químico.
1897
J.J. Thomson
Demostró que dentro de los átomos
hay unas partículas diminutas, con
carga eléctrica negativa, a las que
se llamó electrones.
De este descubrimiento dedujo que el
átomo debía de ser una esfera de
materia cargada positivamente, en cuyo
interior estaban incrustados los
electrones.
(Modelo atómico de
Thomson.)
1911
E. Rutherford
Demostró que los átomos no eran
macizos, como se creía, sino que
están vacíos en su mayor parte y en
su centro hay un diminuto núcleo.
Dedujo que el átomo debía estar
formado por una corteza con los
electrones girando alrededor de un
núcleo central cargado positivamente.
(Modelo atómico de
Rutherford.)
1913
Niels Bohr
Espectros atómicos discontinuos
originados por la radiación emitida
por los átomos excitados de los
elementos en estado gaseoso.
Propuso un nuevo modelo atómico,
según el cual los electrones giran
alrededor del núcleo en unos niveles
bien definidos.
(Modelo atómico
de Bohr.)
Estructura Cristalina.
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

7. 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
anisótropas 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.
El grupo más pequeño de partículas en el material que constituye el patrón
repetitivo es la celda unitaria de la estructura. La célula unitaria define
completamente la simetría y la estructura de toda la red cristalina, que se
construye mediante la traducción repetitiva de la celda unitaria a lo largo de sus
ejes principales. Se dice que los patrones de repetición están situados en los
puntos de la red de Bravais. Las longitudes de los ejes principales o bordes de la
celda unitaria y los ángulos entre ellos son las constantes de la red, también
llamadas parámetros de la red.
Estructura
Los cristales, átomos, iones o moléculas se empaquetan y dan lugar a motivos
que se repiten del orden de 1 ångström = 10-8 cm; a esta repetitividad, en tres
dimensiones, la denominamos red cristalina.
El grupo más pequeño de partículas en el material que constituye el patrón
repetitivo es la celda unitaria o unidad elemental la cual genera toda la red (todo el
cristal). La celda unitaria define completamente la simetría y la estructura de toda
la red cristalina, que se construye mediante la traducción repetitiva de la celda
unitaria a lo largo de sus ejes principales. Se dice que los patrones de repetición
están situados en los puntos de la red de Bravais.
La estructura cristalina y la simetría juegan un papel en la determinación de
muchas propiedades físicas, tales como escisión, estructura de banda electrónica
y transparencia óptica.
En la estructura cristalina (ordenada) de los compuestos inorgánicos, los
elementos que se repiten son átomos o iones enlazados entre sí, de manera que
generalmente no se distinguen unidades aisladas; estos enlaces proporcionan la
estabilidad y dureza del material. En los compuestos orgánicos se distinguen

8. claramente unidades moleculares aisladas, caracterizadas por uniones atómicas
muy débiles, dentro del cristal. Son materiales más blandos e inestables que los
inorgánicos.
Según la posición de los átomos en los vértices de la celda unitaria de la red
Cristalina existen:
a) Redes cúbicas sencillas: Los átomos ocupan sólo los vértices de la celda
unidad.
b) Redes cúbicas centradas en el cuerpo (BCC): Los átomos, además de ocupar
los vértices, ocupan el centro de la celda. En este caso cristalizan el hierro y el
cromo.
c) Redes cúbicas centradas en las caras (FCC): Los átomos, además de ocupar
los vértices, ocupan el centro de cada cara de la celda. Cristalizan en este tipo de
redes el oro, cobre, aluminio, plata.
d) Redes hexagonales compactas (HC): La celda unitaria es un prisma hexagonal
con átomos en los vértices y cuyas bases tiene un átomo en el centro. En el centro
de la celda hay tres átomos más. En este caso cristalizan metales como cinc,
titanio y magnesio.

9. Conclusión.
Debes haber comprendido que toda la materia está formada por átomos. Las
partículas que forman los elementos son átomos del mismo número atómico, y las
de los compuestos están formadas por átomos de elementos diferentes.
Que los átomos están constituidos por protones y neutrones en el núcleo y por
electrones girando alrededor en la corteza.
Que un elemento químico es una sustancia pura formada por átomos del mismo
número atómico, aunque pueden existir entre ellos varios isótopos, con distinto
número másico.
Que a lo largo de la historia se han propuesto diversos modelos atómicos para
explicar la constitución y estructura de los átomos, entre ellos los de Dalton,
Thomson y Rutherford.
Pero, ¿son realmente así los átomos? ¿se pueden ver? ¿Cuál es hoy día el
modelo, o modelos, que se aceptan como válidos?
No debemos olvidar que los científicos siguen trabajando.