atomos y estructura cristalina

1. República bolivariana de Venezuela
Ministerio del poder popular para la Educación
Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño
Extensión Porlamar
ATOMOS Y ESTRUCTURA CRISTALINA
Doc. Julián Carneiro Realizado por:
Franz Guzmán
V- 26.501.318
Porlamar, 2016

2. INTRODUCCIÓN
Los filósofos griegos discutieron extensamente acerca de la naturaleza de la materia y
concluyeron que el mundo es más simple lo que parecía.
Algunos de sus ideas de mayor relevancia fueron en el siglo V. (A.C.) Leucipo sostenía que había un solo
tipo de materia y pensaba que, si dividíamos la materia en partes cada vez, más pequeñas,
obtendríamos un trozo que no se podría cortar más, resumiendo que los átomos son eternos, indivisibles,
homogéneos e invisibles, se diferencia por su forma y tamaño, y las propiedades de la materia varían
según el agrupamiento de átomos.
En el siglo VI. (A.C.) Empédocles postulo que la materia estaba formada por 4 elementos: tierra, aire.
Agua y fuego. Posteriormente Aristóteles, postula que la materia estaba formada por esos 4 elementos,
pero niega la idea de átomo, hecho que se mantiene hasta 200 años después del pensamiento de la
humanidad.
Fue hasta 1808 que John Dalton público su teoría atómica estableciendo 3 sistemas:
1. Los elementos están formados por partículas diminutas, indivisibles e inalterables
llamadas átomos.
2. Los átomos de un mismo elemento son todos iguales en sí, en masa, tamaño y en el
resto de las propiedades físicas y químicas. Por el contrario, los átomos de elementos diferentes tienen
distinta más y propiedades.
3. Los compuestos se forman por la unión de los correspondientes elementos según la
relación numérica sencilla y constante.

3. 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 millonésimas 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.

4. ESTRUCTURA ATOMICA
- 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 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,
1836 veces la del electrón, y una carga positiva opuesta a la de
este.
Los neutrones tienen una masa de 1,69 · 10−27 kg,
1839 veces la del electrón, y no poseen carga eléctrica. Las
masas de ambos nucleones son ligeramente inferiores dentro
del núcleo, debido a la energía potencial del mismo; y sus
tamaños son similares, con un radio del orden de 8 · 10−16 m o
0,8 femtómetros (fm).

5. - 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, el
número másico A,8 lo cual es mucho menor que el
tamaño del átomo, cuyo radio es del orden de 105
fm o 1 ångström (Å). 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. El núcleo
atómico puede verse alterado por procesos muy
energéticos en comparación con las reacciones
químicas.
- 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.

6. PROPIEDADES ATOMICAS
- Masa: La unidad de masa que se utiliza habitualmente para expresarla es la
unidad de masa atómica (u). Esta se define como la doceava parte de la
masa de un átomo neutro de carbono-12 libre, cuyo núcleo contiene 6
protones y 6 neutrones, y equivale a 1,66 · 10−27 kg aproximadamente.
- Tamaño: 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. Las dimensiones del átomo son miles de veces más pequeñas
que la longitud de onda de la luz (400-700 nm) por lo que estos no pueden
ser observados utilizando instrumentos ópticos.
- 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).

7. 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.
CELDA UNITARIA
Cúbica simple: La estructura cristalina de un material (la
disposición de los átomos dentro de un tipo dado de cristal) se
puede describir en términos de su celda unitaria. La celda
unitaria es una pequeña caja que contiene uno o más átomos
dispuestos en 3 dimensiones. Las celdas unitarias apiladas en un
espacio tridimensional describen la disposición en masa de los
átomos del cristal.
Cubica simple, Cubica centrada en los lados, Cubica centrada en el cuerpo.

8. CLASIFICACIÓN
- Redes cristalinas: Estas redes cristalinas son un agrupamiento de
estructuras cristalinas según el sistema axial utilizado para describir su red. Cada
sistema de red consiste en un conjunto de tres ejes en una disposición
geométrica particular. Hay siete sistemas de celosía. Son similares, pero no
exactamente iguales a los siete sistemas de cristal ya las seis familias de cristal.

12. - Defectos e impurezas: Los cristales reales presentan defectos o irregularidades
en sus disposiciones ideales y son estos defectos los que determinan críticamente
muchas de las propiedades eléctricas y mecánicas de los materiales reales. Cuando un
átomo sustituye a uno de los principales componentes atómicos dentro de la
estructura cristalina, puede producirse una alteración en las propiedades eléctricas y
térmicas del material. Las impurezas también pueden manifestarse como impurezas de
spin en ciertos materiales.
- Predicción de la estructura: La dificultad de predecir estructuras cristalinas
estables basadas en el conocimiento solo de la composición química ha sido durante
mucho tiempo un obstáculo en el camino hacia el diseño de materiales totalmente
computacionales. Ahora, con algoritmos más potentes y computación de alto
rendimiento, se pueden predecir estructuras de complejidad media utilizando
enfoques tales como algoritmos evolutivos, muestreo aleatorio o metadinámica.
- Polimorfismo: El polimorfismo es la ocurrencia de múltiples formas cristalinas
de un material. Se encuentra en muchos materiales cristalinos incluyendo polímeros,
minerales y metales.

13. PROPIEDADES FISICAS
Veinte de las 32 clases de cristal son piezoeléctricas, y
los cristales pertenecientes a una de estas clases
(grupos de puntos) muestran piezoelectricidad. Todas
las clases piezoeléctricas carecen de un centro de
simetría. Cualquier material desarrolla una
polarización dieléctrica cuando se aplica un campo
eléctrico, pero una sustancia que tiene tal separación
de carga natural incluso en ausencia de un campo se
denomina material polar. El hecho de que un material
sea polar o no está determinado únicamente por su
estructura cristalina. Sólo 10 de los 32 grupos de
puntos son polares. Todos los cristales polares son
piroeléctricos, por lo que las 10 clases de cristal polar
se denominan a veces clases piroeléctricas.
Estructura diamante

14. CONCLUSIÓN
La concepción del átomo que se ha tenido a lo largo de la historia ha variado
de acuerdo a los descubrimientos realizados en el campo de la física y la química.
El primer modelo atómico con bases científicas, fue formulado en 1803 por
John Dalton, quien imaginaba a los átomos como diminutas esferas. Luego del
descubrimiento del electrón en 1897 por Joseph John Thomson, se determinó que la
materia se componía de dos partes, una negativa y una positiva. Rutherford predijo la
existencia del neutrón en el año 1920, por esa razón en el modelo anterior
(Thomson), no se habla de este. Niels Bohr trata de incorporar los fenómenos de
absorción y emisión de los gases, así como la nueva teoría de la cuantización de la
energía desarrollada por Max Planck y el fenómeno del efecto fotoeléctrico
observado por Albert Einstein.

15. El modelo atómico de Sommerfeld es una generalización del modelo atómico de
Bohr desde el punto de vista relativista, aunque no pudo demostrar las formas de
emisión de las órbitas elípticas, solo descartó su forma circular. Schrödinger describe a
los electrones por medio de una función de onda, el cuadrado de la cual representa la
probabilidad de presencia en una región delimitada del espacio. Esta zona de
probabilidad se conoce como orbital. El modelo de Dirac permite incorporar de manera
más natural el espín del electrón. Predice niveles energéticos similares al modelo de
Schrödinger proporcionando las correcciones relativistas adecuadas.
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.