Material de clase (propiedad Dr. Arturo Toscano)

1. 08/03/2017 1

3. Actividades Propuestas y Sugerencias de Evaluación

5. ÁTOMO
CORTEZA NÚCLEO
ELECTRONES (e-) PROTONES (p+) NEUTRONES (n°)
NÚMERO ATÓMICO (Z) NÚMERO DE MASA (A)
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6. Actividades
Realiza una línea de tiempo sobre el desarrollo de la estructura del átomo

7. NÚMEROS CUÁNTICOS
NÚMERO
CUÁNTICO
PRINCIPAL (n)
NÚMERO
CUÁNTICO
AZIMUTAL (l)
NÚMERO
CUÁNTICO
MAGNÉTICO (m)
NÚMERO
CUÁNTICO
ESPÍN (s)
VALORES
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
VALORES
0, 1, 2, 3
VALORES
-3 a 3
VALORES
+½, -½
DETERMINA EL
NIVEL DEL
ORBITAL
DETERMINA
LA FORMA
DEL ORBITAL
DETERMINA LA
ORIENTACION
DEL ORBITAL
DETERMINA EL
GIRO DEL
ELECTRÓN
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8. Los orbitales s se llenan con 2 electrones.
Los orbitales p se llenan con 6 electrones.
Los orbitales d se llenan con 10 electrones.
Los orbitales f se llenan con 14 electrones
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9. 08/03/2017 9

10. 08/03/2017 10

11. 08/03/2017 11

12. % de carácter iónico [Ecuación de Pauling]
donde y son las electronegatividades de los átomos A y B en el
compuesto
21
( )( )
4
(1 )(100)
A BX X
e
 
 
AX BX
Linus Carl Pauling (1901 - 1994). Quimico americano pionero en el estudio del enlace químico y cuyo trabajo condujo a una
mayor comprensión del mismo. Recibió el Premio Nobel de Química en e1 año 1954.08/03/2017 12

13. 08/03/2017 13

14. 08/03/2017 14

15. 08/03/2017 15

16. 08/03/2017 16

17. Enlace
Químico
Interatómico
(Primario)
Intermolecular
(Secundario)
Iónico
Covalente
Metálico
Puente de hidrógeno
(Dipolos permanentes)
Fuerzas de Van der Waals
(Dipolos instantáneos)
Polar
No polar
Coordinado
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18. ENLACE IONICO, SALINO O ELECTROVALENTE
Naturaleza. Este tipo de enlace se efectúa entre metales y no-metales por
transferencia de electrones del átomo metálico al más electronegativo (el
no metálico). En esta transferencia se forman iones que después se atraen
fuertemente por diferencia de cargas eléctricas.
Dado que las electronegatividades de los átomos participantes son muy
diferentes, existe una alta diferencia de electronegatividades que en
promedio es de 1.7 o mayor.
Las energías de enlace suelen valer de 600 a 1500 kJ/mol (de 3 a 8 eV x
átomo) y esta elevada cuantía se refleja en las altas temperaturas de fusión.
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19. 08/03/2017 19

20. ENLACE COVALENTE POLAR O HETEROPOLAR
Naturaleza. Cuando dos átomos no metálicos de diferentes
electronegatividades se unen, comparten electrones pero la nube
electrónica se deforma y se ve desplazada hacia el átomo de mayor
electronegatividad, originando polos en la molécula, uno con carga
parcialmente positiva y el otro con carga parcialmente negativa.
En general, la diferencia de electronegatividades es menor a 1.7. Existen
casos como el HF que se considera un enlace iónico propiamente, pero
es covalente por ser dos átomos no metálicos
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21. 08/03/2017 21

22. ENLACE COVALENTE NO POLAR, PURO U HOMOPOLAR
Naturaleza. Se tiene cuando dos átomos de un mismo elemento se
unen para formar una molécula verdadera, sin carga eléctrica, simétrica
y cuya diferencia de electronegatividad es cero.
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23. 08/03/2017 23

24. ENLACE COVALENTE COORDINADO O DATIVO
Naturaleza. Un átomo no metálico comparte un par de electrones
con otro átomo pero el segundo los acomoda en un orbital vacio. Se
dice entonces que el primer átomo da un par de electrones o que
ambos átomos se coordinan para completar su octeto.
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25. ENLACE METALICO
Naturaleza. Este enlace se presenta en los metales y aleaciones
(elementos muy electropositivos) al constituir cristales metálicos.
En este enlace, los electrones de valencia se intercambian
rápidamente.
El estudio realizado a metales mediante la difracción de rayos X,
muestra que los átomos de los metales se agrupan como lo hacen
cierta cantidad de canicas colocadas dentro de un recipiente.
Cationes
Mar de electrones de valencia08/03/2017 25

26. 08/03/2017 26

27. ENLACE FUERZAS DE VAN DER WAALS
Naturaleza. Las fuerzas de Van der Waals son débiles atracciones de
carácter electrostático entre las moléculas.
Es el enlace más débil de todos y se debe a la deformación de la
configuración electrónica de cada átomo, provocada por la influencia del
campo eléctrico de los átomos vecinos.
Este tipo de enlace se produce por la atracción electrostática entre
moléculas de fluidos (líquidos y gases) y sólidos.
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28. ENLACE PUENTE DE HIDRÓGENO
Naturaleza. Ciertos compuestos contienen en sus moléculas átomos de
hidrógeno, como el agua y el amoniaco. En estos casos el hidrógeno es
atraído por dos átomos de elementos electronegativos; con uno de ellos
está unido mediante un enlace covalente normal y con el otro por una
unión llamada puente de hidrógeno.
El enlace de hidrógeno es de naturaleza electrostática, y su fuerza es
mucho menor que la covalente, pero mayor que las fuerzas de Van der
Waals. Este tipo de interacción se forma entre dos moléculas polares.
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29. 08/03/2017 29

30. 08/03/2017 30

31. La comprensión de muchas propiedades físicas de los materiales se basa en el
conocimiento de las fuerzas interatómicas que enlazan los átomos.
Los principios del enlace atómico se pueden ilustrar mejor considerando la
interacción entre dos átomos aislados que se van aproximando desde una
distancia de separación infinita. A grandes distancias, las interacciones son
despreciables, pero al aproximarse, cada átomo ejerce fuerzas sobre el otro.
Estas fuerzas son de dos tipos, atractivas y repulsivas; la magnitud de cada una
de estas fuerzas varía en función de la separación o distancia interatómica.
Cuando los componentes de ambas fuerzas son iguales, la resultante es nula:
La fuerza resultante FN entre los dos átomos es la suma de los componentes
repulsivo y atractivo:
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32. 08/03/2017 32

33. A veces es más conveniente trabajar con las energías potenciales entre
dos átomos en vez de hacerlo con fuerzas. Matemáticamente, la energía
E y la fuerza F se relacionan de la siguiente forma:
En sistemas atómicos:
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34. 08/03/2017 34

35. 08/03/2017 35

36. 08/03/2017 36

37. 08/03/2017 37

38. 08/03/2017 38

39. La propiedades de los materiales dependen del carácter de sus enlaces, del
que la estructura cristalina es una manifestación importante.
Los metales, muchos cerámicos y ciertos polímeros adquieren estructuras
cristalinas en condiciones normales de solidificación.
Debido a la gran simetría de los cristales metálicos, éstos poseen buena
ductilidad y se usan para aplicaciones estructurales, donde se requiere
deformaciones a gran escala. También, son excelentes conductores eléctricos
debido a que tienden a tener menos direccionalidad en sus enlaces que otros
materiales.
En los cerámicos, el enlazamiento suele ser una mezcla de iónico y covalente,
por los que los cristales son menos simétricos que en los metales. En
consecuencia, son más duros, pero menos dúctiles; por los que se les aplica
pos su resistencia al desgaste y resistencia. Debido a sus enlaces direccionales
y localizados, su conductividad eléctrica no suele ser tan buena como la de los
metales.
En los polímeros cristalinos su estructura se determina, por los general, por la
geometría molecular y las fuerzas de enlace Van der Waals y dipolos. Los
polímeros sin orientación son más débiles que los metales y los cerámicos.08/03/2017 39

40. a) Cristales iónicos: punto de fusión elevado, duros y muy frágiles,
conductividad eléctrica baja y presentan cierta elasticidad. Ej: NaCl (sal
común).
b) Cristales covalentes: Gran dureza y elevada temperatura de fusión. Suelen
ser transparentes quebradizos y malos conductores de la electricidad. No
sufren deformación plástica (es decir, al intentar deformarlos se fracturan).
Ej: Diamante.
c) Cristales metálicos: Opacos y buenos conductores térmicos y eléctricos.
No son tan duros como los anteriores, aunque si maleables y dúctiles.
Hierro, estaño, cobre,...
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41. Sin orden. En gases como el argón, los átomos no tienen orden y llenan de
manera aleatoria el espacio en el cual está confinado el gas. Estos materiales
denominados no cristalinos o amorfos.
Orden de corto alcance. Cuando el arreglo especial de los átomos se extiende
sólo a los vecinos más cercanos de dicho átomo.
Orden de largo alcance. Cuando el arreglo atómico especial se extiende por
todo el material. Los átomos forman un patrón repetitivo, regular en forma de
rejilla o de red.
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42. En un material cristalino, los átomos se sitúan en una disposición repetitiva o
periódica a lo largo de muchas distancias atómicas; es decir, existe un orden de
largo alcance tal que, al solidificar el material, los átomos se sitúan según un
patrón tridimensional repetitivo, en el cual cada átomo está enlazado con su
vecino más próximo.
La celda unitaria es la subdivisión de la red cristalina que sigue conservando las
características generales de toda la red.
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43. 08/03/2017 43

44. 08/03/2017 44

45. 08/03/2017 45

46. 08/03/2017 46

47. Estructura cúbica
centrada en el
cuerpo, cc; body
centred cubic, bcc
Estructura cubica
centrada en las
caras, ccc; face
centred cubic, fcc
Estructura hexagonal
compacta, hc;
hexagonal close-
packed, hcp
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48. 08/03/2017 48

49. 08/03/2017 49

50. 08/03/2017 50

51. 08/03/2017 51

52. El conocimiento de la estructura cristalina de un sólido metálico permite el
cálculo de su densidad r mediante la siguiente relación:
Donde:
n = número de átomos asociados a cada celda unitaria
A = masa atómica
Vc = volumen de la celda unidad
NA = número de Avogadro (6.023 x 1023 átomos/mol)
EJEMPLO:
Calcular la densidad del cobre y compárela con la densidad reportada en la
literatura sabiendo que tiene un radio atómico de 0.128nm (1.28 Å),
estructura cristalina FCC y un peso atómico de 63.5 g/mol. Respuesta:8.89g/cm3
7
1 1 10nm cm
 
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53. Calcular la densidad del hierro sabiendo que tiene un radio atómico de
0.124nm (1.24 Å), estructura cristalina BCC y un peso atómico de 55.85g/mol.
9
1 1 10nm m
 
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54. 08/03/2017 54

55. William Hallowes Miller (1801-1880)
British mineralogist
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56. Origin at 0 1 0
Origin at 0 0 1
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57. 08/03/2017 57

58. 08/03/2017 58

59. 08/03/2017 59

60. 08/03/2017 60

61. 08/03/2017 61

62. 08/03/2017 62

63. 08/03/2017 63

64. La combinación de un plano de deslizamiento y su dirección de deslizamiento
se conoce como sistema de deslizamiento. En general, los metales con
sistemas de deslizamiento de 5 o mayor son dúctiles, en tanto que aquellos
con sistemas de deslizamiento por debajo de 5 no lo son.
Planos de máxima densidad
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65. a es el espaciamiento de los planos atómicos y b es inversamente proporcional a la densidad atómica en el plano atómico
1. En los cristales cúbicos centrados en el cuerpo, existen 48 posibles sistemas
de deslizamiento. Por tanto, es alta la probabilidad de que un esfuerzo
cortante externamente aplicado opere en uno de esos sistemas y cause
deslizamiento. Sin embargo, debido a la relativamente elevada relación b/a
en el cristal, el esfuerzo cortante requerido es alto.
Los metales con estructuras bcc comúnmente tienen buena resistencia y
una ductilidad moderada.
2. En los cristales cúbicos centrados en la cara, existen 12 sistemas de
deslizamiento. Debido a la relativamente baja relación b/a , la probabilidad
de deslizamiento es moderada, y el corte requerido es bajo. Comúnmente,
estos metales tienen una resistencia moderada y buena ductilidad.
3. El cristal hexagonal compacto tiene tres sistemas de deslizamiento, por lo
que tiene baja probabilidad de deslizamiento. Sin embargo, a temperaturas
elevadas se activan más sistemas de deslizamiento.
Los metales con estructuras hcp, son por lo general frágiles a temperatura
ambiente.
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66. Algunos metales y no metales pueden tener más de una estructura cristalina:
un fenómeno conocido como polimorfismo.
Si este fenómeno ocurre en un sólido elemental se denomina alotropía. La
existencia de una estructura cristalina depende de la presión y de la temperatura
exteriores.
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67. 08/03/2017 67

68. 08/03/2017 68
Los sólidos no cristalinos carecen de un ordenamiento atómico
sistemático y regular a distancias atómicas relativamente grandes.
Estos materiales también se denominan amorfos (literalmente significa
sin forma) o líquidos subenfriados, puesto que la estructura atómica
recuerda la de un líquido.
El que un sólido adquiera la forma cristalina o amorfa depende de la
facilidad con que la estructura atómica al azar del líquido se pueda
transformar en un estado ordenado durante la solidificación.
El enfriamiento rápido favorece la formación de sólidos no cristalinos, ya
que el proceso de ordenación necesita algún tiempo.

69. 08/03/2017 69
• Normalmente los metales forman sólidos cristalinos.
• Algunos materiales cerámicos son cristalinos, mientras que otros,
como los vidrios inorgánicos, son amorfos.
• Los polímeros pueden ser completamente cristalinos, enteramente no
cristalinos o una mezcla de ambos.
• El cloruro de polivinilo, consta de cadenas moleculares largas y torcidas
que se entrelazan para formar un sólido de estructura amorfa.
• En el polietileno, las moléculas están empaquetadas más eficaz y
estrechamente en algunas regiones del material, como resultado de
ello, estos polímeros suelen clasificarse como semicristalinos.
• Se ha estimado que hay más de 60000 polímeros disponibles
comercialmente, y que cada año se fabrican más de 30 millones de
toneladas de plásticos.
• En general, las propiedades más deseables de los polímeros son su
ligereza, su relativa alta resistencia, su buena resistencia a la corrosión
y sus propiedades aislantes.
• Los polímeros son relativamente fáciles de conformar por procesos de
moldeo y extrusión, lo cual hace que su producción sea económica en
comparación de la mayoría de los demás materiales.

70. 08/03/2017 70
La condición amorfa se visualiza comparando las estructuras cristalina y
no cristalina del material cerámico dióxido de silicio (Si02), que puede
existir en ambos estados .
Esquemas bidimensionales de las estructuras de: (a) dióxido de silicio cristalino y (b) dióxido de
silicio no cristalino

71. La distribución atómica en los sólidos cristalinos puede describirse como una
red de líneas llamada red cristalina. Cada red cristalina puede describirse
especificando la posición de los átomos en una celda unitaria que se repite.
Los materiales cristalinos poseen un amplio rango de orden atómico como en
la mayoría de los metales. Pero algunos materiales tales como muchos
polímeros y vidrios poseen únicamente un orden de corto alcance.
Existen siete sistemas cristalinos que se basan en la geometría de las
longitudes axiales y ángulos interaxiales de la celda unitaria. Los siete
sistemas tienen un total de 14 subceldas (celdas unitarias) basadas en las
distribuciones internas de los átomos dentro de la celda unitaria.
Las celdas unitarias de las estructuras cristalinas más comunes en los metales
son: cúbico centrado en el cuerpo (BCC), cúbico centrado en la cara (FCC), y
hexagonal compacto (HCP).
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72. Las direcciones cristalinas en los cristales cúbicos son los componentes del vector de
dirección proyectados sobre cada uno de los componentes axiales y reducidos a
mínimos enteros. Se indican por [uvw]. Las familias de direcciones se indican por los
índices de dirección encerrados en paréntesis señalados como <uvw>.
Los planos cristalinos en los cristales cúbicos se indican por los recíprocos de las
intersecciones axiales del plano como (hkl). Las familias de planos de los cristales
cúbicos se encierran en llaves {hkl}.
En los cristales hexagonales, los planos cristalinos se indican generalmente con cuatro
índices h, k, i y l encerrados en paréntesis (hkil). Estos índices son los recíprocos de la
intersección del plano con los ejes de la estructura cristalina hexagonal.
Utilizando el modelo de esferas rígidas se pueden realizar cálculos de la densidad lineal,
planar y volumétrica de la celda unitaria.
Los planos en que los átomos están empaquetados tan densamente como es posible se
llaman planos compactos, y las direcciones en que los átomos están en contacto entre sí
se llaman direcciones compactas.
Algunos metales tienen estructuras cristalinas diferentes a diferentes intervalos de
temperaturas y presiones, un fenómeno llamado polimorfismo.
Las estructuras cristalinas de los sólidos cristalinos pueden determinarse utilizando las
técnicas de análisis de difracción de rayos X.08/03/2017 72

73. 08/03/2017 73
Defina sólido cristalino
Defina una estructura cristalina. Dé ejemplos de materiales que tengan
estructuras cristalinas.
¿Cuáles son las 14 celdas unitarias de Bravais?
¿Cuáles son las tres estructuras cristalinas más comunes en los metales?
Indique cinco metales que tengan alguna de estas estructuras cristalinas.
¿Cómo se determinan los índices de Miller para un plano cristalográfico en una
celda unitaria cúbica? ¿Qué notación generalizada se utiliza para indicarlo?
Dibuje en cubos unidad los planos cristalinos que tienen los siguientes índices
de Miller:
a) (1¯1¯1)
b) (10¯2)
Un plano cúbico tiene las siguientes intersecciones axiales: a = 1, b =⅔ , c =-½ ,
¿Cuáles son los índices de Miller de este plano?

74. Clasificación de los polímeros
Ejemplos de polímeros
Temperatura de transición vítrea
Deformación viscosa
Factores que afectan la cristalinidad de los polimeros
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75. 08/03/2017 75

76. 08/03/2017 76

77. 08/03/2017 77

78. 08/03/2017 78