atomos y estructura cristalina

1. República Bolivariana de Venezuela
Universidad Politécnico Santiago Mariño
Realizado por
Albert Chacon
C.I. 24922077

2. Esquema
 Historia del átomo
 ¿Qué es un átomo?
 Evolución del átomo
 Estructura de un átomo
 Tamaño de un átomo
 Modelos de átomos
 Identificación de un átomo
 Tabla periódica
 Estructura cristalina
 Estructura
 Diferencia entre vidrio y cristales
 Estructura cristalina ordenada
 Ordenamiento
 Celda unidad

3. INTRODUCCION
Cada sustancia del universo está formada por pequeñas
partículas llamadas átomos; son estudiados por la química, que
surgió en la edad media y que estudia la materia. Para
comprender los átomos, cientos de científicos han anunciado una
serie de teorías que nos ayudan a comprender su complejidad.
Durante el renacimiento, la química fue evolucionando; a finales
del siglo XVIII se descubren los elementos y en el siglo XIX se
establecen leyes de la combinación y la clasificación periódica de
los elementos y se potencia el estudio de la constitución de los
átomos. La mayoría de los materiales sólidos no metálicos con
los que uno a diario está en contacto, encuentra que no hay
diferencia característica entre su forma externa y la de casi todos
los objetos metálicos. De aquí que resulte bastante sorprendente
para la mayoría de la gente saber que los materiales metálicos
poseen una estructura cristalina, mientras que materiales como la
madera, plásticos, papel, vidrio y otros no la poseen, éste tipo de
materiales tienen un arreglo al azar en sus partículas de manera
que logran rigidez a la temperatura ambiente Muchas de las

4. propiedades de los metales tales como la densidad, dureza,
punto de fusión, conductividad eléctrica y calorífica están
relacionadas con la estructura cristalina y también con el enlace
metálico. Sin embargo, ninguna depende tanto de la estructura
cristalina como las propiedades mecánicas tales como la
maleabilidad, ductilidad, resistencia a la tensión, temple y
capacidad de hacer aleaciones.
Historia del átomo
Los filósofos griegos discutieron mucho sobre la naturaleza de la
materia y concluyeron que e mundo era más sencillo de lo que
parecía.
En el siglo V a.C., Leucipo pensaba que sólo había un tipo de
materia. Sostenía, además, que si dividíamos la materia en
partes cada vez más pequeñas, acabaríamos encontrando una
porción que no se podría seguir dividiendo. Un discípulo suyo,
Demócrito, bautizó a estas partes indivisibles de materia con el
nombre de átomos, término que en griego significa “que no se
puede dividir”.
El concepto de átomo, tal y como lo conocemos actualmente, fue
propuesto en 1661 por Robert Boyle, en oposición a los
tradicionales 4 elementos fundamentales (agua, aire, fuego y
tierra). En su definición, Boyle defendía que la materia estaba
compuesta por diferentes partículas, que le permitían avanzar en

5. la diferenciación entre compuestos y mezclas. A pesar de ello, no
fue más allá en su conjetura acerca de las partículas.
Un siglo más tarde (en 1789) Antoine Laurent Lavoisier postula la
ley química de conservación de la masa, en que: en un proceso
químico, la suma de las masas de los elementos químicos que
reaccionan es igual a la suma de las masas de los productos de
la reacción. Y por necesidad define el término “elemento químico”
como la substancia básica indivisible podemos utilizar de reactivo
o producto en una reacción química.
Elementos primitivos
Empédocles estableció que la materia estaba formada por 4
elementos: tierra, agua, aire y fuego.
Aristóteles negó la existencia de los átomos de Demócrito y
reconoció la teoría de los 4 elementos, que, gracias al prestigio
que tenía, se mantuvo vigente en el pensamiento de la
humanidad durante 2000 años. Hoy sabemos que aquellos 4
elementos iniciales no forman parte de los 106 elementos
químicos actuales.

6. ¿Qué es un átomo?
Del latín atŏmum, un átomo es la cantidad menor de un elemento químico
que tiene existencia propia y que está considerada como indivisible. El
átomo está formado por un núcleo con protones y neutrones y por varios
electrones orbitales, cuyo número varía según el elemento químico.
No obstante, además de los elementos que lo componen, es importante
subrayar que todo átomo cuenta con una serie de propiedades que son
fundamentales tener en cuenta a la hora de trabajar con él. En este caso,
nos encontramos con el hecho de que las mismas son el tamaño, la masa,
las interacciones eléctricas que se establecen entre electrones y protones
o los niveles de energía.
El átomo también es denominado como la partícula fundamental, gracias a
su característica de no poder ser dividido mediante procesos químicos. A
partir de los siglos XVI y XVII, con el desarrollo de la química, la teoría
atómica comenzó a avanzar con certezas que, hasta entonces, eran
imposibles de obtener.
Los químicos lograron descubrir que cualquier líquido, gas o sólido podía
descomponerse en distintos elementos o constituyentes últimos (por
ejemplo, cada molécula de agua está formada por dos átomos de
hidrógeno y uno de oxígeno: H2O). John Dalton fue quien demostró que
los átomos se unían entre sí de acuerdo a ciertas proporciones definidas.
Sin embargo, también han existido otros autores que, de manera profunda
e intensa, han dejado su huella en el estudio y análisis de los átomos.Este
sería el caso, por ejemplo, del científico británico Joseph John Thomson.
Este pasó a la historia no sólo como el inventor del espectómetro de masa

7. sino también como el descubridor de dos elementos fundamentales: los
isótopos y el electrón.
Evolución del Átomo
El concepto de átomo existe desde la Antigua Grecia propuesto
por los filósofos griegos Demócrito, Leucipo y Epicuro, sin
embargo, no se generó el concepto por medio de la
experimentación sino como una necesidad filosófica que
explicara la realidad, ya que, como proponían estos pensadores,
la materia no podía dividirse indefinidamente, por lo que debía
existir una unidad o bloque indivisible e indestructible que al
combinarse de diferentes formas creara todos los cuerpos
macroscópicos que nos rodean. 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.
A continuación se hará una exposición de los modelos atómicos
propuestos por los científicos de diferentes épocas. Algunos de
ellos son completamente obsoletos para explicar los fenómenos
observados actualmente, pero se incluyen a manera de reseña
histórica.

8. Estructura de un átomo
 Núcleo: Es el centro del átomo,es la parte más pequeñadel átomo y
allí se conservan todas sus propiedades químicas. Casi que toda la
masa del átomo reside en el núcleo.
 Protones: Son uno de los tipos de partículas que se encuentran en
el núcleo de un átomo y tienen carga positiva. Fueron descubiertos
por Ernest Rutherford entre 1911 y 1919.
 Neutrones: Los neutrones son partículas ubicadas en el núcleo y
tienen una carga neutra La masa de un neutrón es ligeramente más
grande que la de un protón.

9. Tamaño del átomo
La curiosidad acerca del tamaño y masa del átomo atrajo a cientos de
científicos durante un largo periodo en el que la falta de instrumentos y
técnicas apropiadas impidió lograr respuestas satisfactorias.
Posteriormente se diseñaron numerosos experimentos ingeniosos para
determinar el tamaño y peso de los diferentes átomos. El átomo más
ligero, el de hidrógeno, tiene un diámetro de aproximadamente 10-10 m
(0,0000000001 m) y una masa alrededorde 1,7 × 10-27 kg. (La fracción de
un kilogramo representada por 17 precedido de 26 ceros y una coma
decimal). Un átomo es tan pequeño que una sola gota de agua contiene
más de mil trillones de átomos.
Modelo de átomos
Modelo atómico de Dalton
.Fue el primer modelo atómico con bases científicas, fue formulado en
1808 por John Dalton, quien imaginaba a los átomos como diminutas
esferas.19Este primer modelo atómico postulaba .La materia está formada
por partículas muy pequeñas llamadas átomos, que son indivisibles y no
se pueden destruir. Los átomos de un mismo elemento son iguales entre
sí, tienen su propio peso y cualidades propias. Los átomos de los
diferentes elementos tienenpesos diferentes.Los átomos permanecen sin
división, aun cuando se combinen en las reacciones químicas.Los átomos,
al combinarse para formar compuestos guardan relaciones simples. Los

10. átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones
distintas y formar más de un compuesto. Los compuestos químicos se
forman al unirse átomos de dos o más elementos distintos.
Modelo atómico de Thomson
En 1879 el físico inglés Joseph John Thomson observó que los
rayos catódicos estaban compuestos por unas partículas (que él
llamó “corpúsculos”) cargadas negativamente que procedían del
interior de los átomos de los electrodos. De este hecho Thomson
dedujo que los átomos son divisibles y que se componen de estos
corpúsculos se distribuían aleatoriamente en una “masa” de carga
positiva (necesaria para compensar la carga negativa de los
corpúsculos).Este modelo propuesto en1904 y atribuido a Thomson
se conoce como el pastel de pasas, puesto que los electrones se
distribuirían en la materia, igual que las pasas se distribuyen en el
pastel.
Este modelo permitía explicar varios fenómenos experimentales como la
electrización y la formación de iones.
 La electrización: Es el exceso o la deficiencia de electrones que
tiene un cuerpo y es la responsable de su carga eléctrica negativa o
positiva.

11.  La formación de iones: Un ion es un átomo que ha ganado o ha
perdido electrones.Si gana electrones tiene carga neta negativa y se
llama anión y si pierde electrones tiene carga neta positiva y se llama
catión.
Modelo atómico de Rutherford
A principios del siglo XX, ya se conocían las propiedades de las partículas
alfa (núcleos de Helio), beta (electrones) y gamma (radiación
electromagnética, fotones), que debido a su gran energía pueden
atravesar finas láminas de metal.
Mientras en 1909 Hans Geiger y Ernest Marsden trabajaban en el
laboratorio de Ernest Rutherford, bombardeando láminas de oro con
partículas alfa y beta, observaron que una pequeña proporción de estas
partículas eran desviadas con ángulos mucho mayores de los que serían
esperados usando el modelo atómico de Thomson.
Rutherford sugirió en 1911 que el experimento podía interpretarse
asumiendo que la carga positiva y la mayor parte de la masa de cada
partícula debían concentrarse en muy poco espacio, en el centro del
átomo. Y que los electrones debían de “flotar”, orbitando en una “nube” a
su alrededor.
El modelo de Thomson tuvo una gran aceptación hasta que, en 1911, el
químico y físico inglés Ernest Rutherford y sus colaboradores llevaron a
cabo el "Experimento de Rutherford".

12. En el experimento se bombardeaba una fina lámina de oro con
partículasalfa (positivas)procedentes de un material radiactivo y se
observaba que:
 La mayor parte de las partículas alfa atravesaban la lámina
sin cambiar de dirección, como era de esperar.
 Algunas partículas alfa se desviaron considerablemente
 Unas pocas partículas alfa rebotaron hacia la fuente de emisión.
El Modelo atómico de Rutherford o modelo nuclear establece que:
 El átomo tiene un núcleo central en el que están concentradas la
carga positiva y casi toda la masa.
 La carga positiva de los protones del núcleo se encuentra
compensadaporla carga negativa de los electrones,que están fuera
del núcleo.
 El núcleo contiene, por tanto, protones en un número igual al de
electrones del átomo.
 Los electrones giran a mucha velocidad alrededor del núcleo y están
separados de éste por una gran distancia

13. El modelo atómico de Bohr
Mientras en el laboratorio de Ernest Rutherford investigaban la interacción
de los metales con las partículas alfa y beta. El físico danés Niels Bohr se
dedicaba a hacer experimentos parecidos con las partículas gamma y con
la radiación electromagnética y lumínica en general.
Niels Bohr sabía que un material puede absorber una cierta cantidad de
luz, o puede emitirla debido a que lo hemos calentado con anterioridad. Y
en sus experimentos observó que esta luz emitida o absorbida, tienen
siempre las mismas cantidades de energía y no pueden ser otras
cualquiera.
Con estos resultados Niels Bohr sugirió que los electrones también debían
de estar confinados, pero ellos en ciertas órbitas muy bien definidas, cada
una de ellas con una energía “cuantizada”, menor cuanto más alejada del
núcleo, entre las que los electrones podían saltar de una a otra, pero
nunca podían ocupar órbitas intermedias. Las diferencias de energía entre
una órbita y otra, debía corresponderseperfectamente con la energía de la
luz emitida o absorbida por el átomo.
Para solucionar los problemas planteados, el físico danés Niels Bohr formuló, en
1913, una hipótesis sobre la estructura atómica. Sus postulados eran:
1. El electrón sólo se mueve en unas órbitas circulares "permitidas"
(estables) en las que no emite energía. El electrón tiene en cada
órbita una determinada energía, que es tanto mayor cuanto más
alejada esté la órbita del núcleo.
2. La emisión de energía se produce cuando un electrón salta desde un
estado inicial de mayor energía hasta otro de menor energía.

14. Identificación del átomo
La identidad de un átomo y sus propiedades vienen dadas por el
número de partículas que contiene. Lo que distingue a unos
elementos químicos de otros es el número de protones que tienen
sus átomos en el núcleo. Este número se llama Número atómico y se
representa con la letra Z. Se coloca como subíndice a la izquierda
del símbolo del elemento correspondiente. Por ejemplo, todos los
átomos del elemento Hidrógeno tienen 1 protón y su Z = 1, los de
helio tienen 2 protones y Z =2, los de litio, 3 protones y Z = 3,…
Si el átomo es neutro, el número de electrones coincide con el de
protones y nos lo da Z.
El Número másico nos indica el número total de partículas que hay
en el núcleo, es decir, la suma de protones y neutrones. Se
representa con la letra A y se sitúa como superíndice a la izquierda
del símbolo del elemento. Representa la masa del átomo medida en
una, ya que la de los electrones es tan pequeña que puede
despreciarse.
Tabla Periódica
A mediados del siglo XIX, varios químicos se dieron cuenta de que
las similitudes en las propiedades químicas de diferentes elementos
suponían una regularidad que podía ilustrarse ordenando los
elementos de forma tabular o periódica. El químico ruso Dmitri
Mendeléiev propuso una tabla de elementos llamada tabla periódica,

15. en la que los elementos están ordenados en filas y columnas de
forma que los elementos con propiedades químicas similares queden
agrupados. Según este orden, a cada elemento se le asigna un
número (número atómico) de acuerdo con su posición en la tabla,
que va desde el 1 para el hidrógeno hasta el 92 para el uranio, que
tiene el átomo más pesado de todos los elementos que existen de
forma natural en nuestro planeta. Como en la época de Mendeléiev
no se conocían todos los elementos, se dejaron espacios en blanco
en la tabla periódicacorrespondientes a elementos que faltaban. Las
posteriores investigaciones, facilitadas por el orden que los
elementos conocidos ocupaban en la tabla, llevaron al
descubrimiento de los elementos restantes. Los elementos con
mayor número atómico tienen masas atómicas mayores, y la masa
atómica de cada isótopo se aproxima a un número entero, de
acuerdo con la hipótesis de Prout
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 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.

16. Estructura
Si nos fijamos con detenimiento, en estos gráficos existe siempre
una fracción de los mismos que se repite. Asimismo, los cristales,
átomos,iones o moléculas se empaquetan y dan lugar a motivos que
se repiten del orden de 1 Ángstrom = 108 cm; a esta repetitividad, en
tres, la denominamos red cristalina. El conjunto que se repite, por
translación ordenada, genera toda la red (todo el cristal) y la
denominamos unidad elemental o celda unidad. Estructura de un
cristal de cloruro de sodio,un típico ejemplo de un compuesto iónico.
Las esferas púrpuras son cationes de sodio,y las esferas verdes son
aniones de cloruro.
Diferencia entre vidrios y cristales
En ocasiones la repetitividad se rompe o no es exacta, y esto
diferencia los vidrios y los cristales, los vidrios generalmente se
denominan materiales amorfos (desordenados o poco ordenados).
No obstante, la materia no es totalmente ordenada o desordenada
(cristalina o no cristalina) y nos encontramos una graduación
continua del orden en que está organizada esta materia (grados de
cristalinidad), en donde los extremos serían materiales con estructura
atómica perfectamente ordenada (cristalinos) y completamente
desordenada (amorfos).

17. Estructura cristalina ordenada
En la estructura cristalina (ordenada) de los compuestosinorgánicos,
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 claramente unidades
moleculares aisladas, caracterizadas por uniones atómicas muy
débiles, dentro del cristal. Son materiales más blandos e inestables
que los inorgánicos.
Ordenamiento
Estructura Cristalina: se refiere al tamaño, la forma y la organización
atómica dentro de la red de un material.
Red: Conjunto de puntos, conocidos como puntos de red, que estan
ordenados de acuerdo a un patrón que se repite en forma identica.
Puntos de Red: Puntos que conformanla red cristalina. Lo que rodea
a cada punto de red es idéntico en cualquier otra parte del material.
Celda Unitaria: es la subdivisión de la red cristalina que sigue
conservando las características generales de toda la red

18. Celda unidad
Se define como celda unitaria, la porción más simple de la estructura
cristalina que al repetirse mediante traslación reproduce todo el cristal.
Todos los materiales cristalinos adoptan una distribución regular de
átomos o iones en el espacio.
Se trata de un arreglo espacial de átomos que se repite en el espacio
tridimensional definiendo la estructura del cristal. Se caracteriza por tres
vectores que definen las tres direcciones independientes del sistema de
coordenadas de la celda. Esto se traduce en seis parámetros de red, que
son los módulos,a, b y c, de los tres vectores, y los ángulos alpha, beta y
gamma que forman entre sí. Estos tres vectores forman una base del
espacio tridimensional, de tal manera que las coordenadas de cada uno de
los puntos de la red se pueden obtener a partir de ellos por combinación
lineal con los coeficientes enteros.
La posición de un átomo dentro de la celda unidad se describe
normalmente usando coordenadas fraccionarias. La simetría traslacional
de una estructura cristalina se caracteriza mediante la red de Bravais,
existen 14 redes de Bravais diferentes y todas las estructuras cristalinas
minerales conocidas encajan en una de esas 14 disposiciones. Estas
redes pueden ser:
Tipo P: Se denomina primitiva y tiene puntos de red en los vértices de la
celda.
Tipo I: Red centrada en el interior. Esta presenta puntos de red en los
vértices de la celda y en el centro de la celda.
Tipo F: Red centrada en todas las caras. Presenta puntos de red en los
centros de todas las caras, así como en los vértices.

19. Tipo C: Red centrada en la base. Una red tipo C se refiere al caso en el
que la simetría traslacional coloca puntos de red en los centros de las
caras delimitados por las direcciones a y b así como en el origen.
Además de la simetría traslacional descrita en una red cristalina existen
elementos de simetría. Estos elementos son:
Centro de inversión.
Plano de reflexión.
Ejes de rotación de orden 2, 3, 4 y 6.
Ejes de rotación-inversión de orden 3, 4 y 6.
Los elementos de simetría anteriores pueden coexistir en una estructura
cristalina dando lugar a lo que se conoce como grupo puntual de simetría.
Existen 32 grupos puntuales de simetría y el nombre alude a que las
operaciones asociadas forman un grupo matemático y los elementos
tienen un punto en común que no se mueve al realizar las operaciones.
Cuando se acoplan traslación con los ejes de rotación y planos de simetría
surgen nuevos elementos de simetría: ejes helicoidales y planos de
deslizamiento.
Cuando se combinan los 32 grupos puntuales de simetría con los
elementos de simetría traslacional y las 14 redes de Bravais se obtienen
los 230 grupos espaciales de simetría posibles. Estos grupos determinan
los tipos y posiciones de los elementos de simetría que son posibles para
una estructura cristalina.

20. Los puntos de red que muestran la simetría traslacional de una estructura
pueden ser conectadosmediante los planos de red. Cada plano pertenece
a un conjunto de planos equiespaciadosque contienen todos los puntos de
red. Estos planos se nombran usando los índices de Miller. Estos índices
se designan convencionalmente h, k, y l, se escriben entre paréntesis
(h,k,l) y son enteros positivos, negativos o cero. La separación de los
planos se conoce con el término de espaciado dhkl. La relación entre el
espaciado d y los parámetros de red puede determinarse geométricamente
y depende del sistema cristalino.