ciencia de los materiales IUPSM

1. Instituto Universitario Politécnico
¨Santiago Mariño¨
Extensión Porlamar
Ciencia de los materiales
Elaborado por:
Fernández, José C.I: 26.897.801
Código de carrera: 46
Porlamar, enero 2017
El átomo y estructuras cristalinas

2. CONTENIDO
Introducción
El átomo
Estructura atómica
Origen de la teoría atómica
Modelo atómico de Dalton
Modelo atómico de José Thompson
Modelo atómico de Perrin
Modelo atómico de Rutherford
Modelo atómico de Bohr
Modelo atómico de sommerfeld
Modelo atómico de Schrödinger
Modelo atómico actual
Propiedades de los átomos
Estructuras cristalinas
Clasificación
Conclusión

3. Introducción
Es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, posee una cierta cantidad de energía, y está
sujeto a cambios en el tiempo. Se considera que es lo que forma la parte sensible de los objetos
perceptibles o detectables por medios físicos. En un principio se pensó que la materia es
indefinidamente divisible, no obstante se comprobó que existe una partícula mínima que constituye
a la materia, la cual puede ser divida en unidades aún más pequeñas.
De esta manera pueden estudiarse a fondo las características que presenta un elemento, según
su estructura.

4. El átomo
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.

5. Estructura atómica
En el átomo distinguimos dos partes:
• el núcleo: El núcleo es la parte central del átomo y contiene partículas con carga positiva, los
protones, y partículas que no poseen carga eléctrica, es decir son neutras, los neutrones. La
masa de un neutrón es aproximadamente igual a la de un protón.
• la corteza: corteza es la parte exterior del átomo. En ella se encuentran los electrones, con
carga negativa. Éstos, ordenados en distintos niveles, giran alrededor del núcleo. La masa de un
electrón es unas 2000 veces menor que la de un protón.

6. Origen de la teoría atómica
• Se remota a la antigüedad, postulada por Demócrito en el siglo V antes de Cristo,
mediante el pensamiento referente a si la materia podía ser dividida indefinidamente, de
ahí surgió la idea de la existencia de partículas indivisibles llamadas átomos. En 1803 el
inglés John Dalton postuló que la materia se encuentra conformada por dos grandes
grupos llamados elementos y compuestos. No obstante, en el año 1897 un científico
británico llamado Joseph Thompson descubrió que los átomos se encuentran formados
por partículas aún más pequeñas.
• El científico japonés Hantaro Nagaoka, postulo que los átomos poseen partículas de
diminuto tamaño, entre ellas los electrones, que giran alrededor de su núcleo.
• En la actualidad se concibe que la materia está constituida por unidades indivisibles
solo en algunos casos como los plasmas o los materiales radioactivos.

7. Modelo atómico de Dalton
El científico inglés John Dalton propuso los siguientes postulados:
• “los elementos están constituidos por átomos consistentes en partículas materiales separadas e
indestructibles”
• “los átomos de un elemento son totalmente idénticos en masa y demás cualidades”
• “los átomos permanecen sin división, aun cuando sean combinados en reacciones químicas”
• “los átomos de distintos elementos, al combinarse entre si guardan relaciones simples”
• “los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar más de un
compuesto”

8. Modelo atómico de José Thompson
También conocido como el “Modelo del pudin de pasas”. Postulaba que los electrones
se distribuían uniformemente en el interior del átomo suspendidos 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.

9. Modelo atómico de Perrin
Luego de realizar ciertos experimentos con rayos catódicos y un
electroscopio, el francés Jean Baptiste Perrin, observó que los
rayos depositaban cargas en el electroscopio, por lo tanto
propuso que los electrones no se encontraban incrustados en la
masa de carga positiva sino que son externas a esta.

10. Modelo atómico de Rutherford
El modelo de Rutherford fue el primer modelo atómico que consideró al átomo
formado por dos partes: la "corteza" 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.
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.

11. Modelo atómico de Bohr
El científico danés Niels Bohr en 1913, partiendo de que los
electrones giran a grandes velocidades alrededor del núcleo propone
lo siguiente:
• “los electrones describen órbitas circulares en torno al núcleo sin
irradiar energía”
• “un electrón no gira en cualquier órbita sino en órbitas estables”
• “el electrón solo emite o absorbe energía en los saltos de una
órbita permitida a otra”

12. Modelo atómico de sommerfeld
Para dar algunas mejoras al modelo atómico de Bohr,
ayudándose de la relatividad de Albert Einstein, Postuló que dentro
de un mismo nivel de energía existían distintos subniveles
energéticos, lo que hacía que hubiesen diversas variaciones de
energía, dentro de un mismo nivel teóricamente, Sommerfeld había
encontrado que en algunos átomos, las velocidades que
experimentaban los electrones llegaban a ser cercanas a la de la
luz, así que se dedicó a estudiar los electrones como relativistas.

13. Modelo atómico de Schrödinger
El modelo atómico de Schrödinger concebía originalmente los electrones como
ondas de materia. Así la ecuación se interpretaba como la ecuación ondulatoria
que describía la evolución en el tiempo y el espacio de dicha onda material. Más
tarde Max Born propuso una interpretación probabilística de la función de onda de
los electrones. Esa nueva interpretación es compatible con los electrones
concebidos como partículas casi puntuales cuya probabilidad de presencia en una
determinada región viene dada por la integral del cuadrado de la función de onda
en una región. Este modelo era probabilista y permitía hacer predicciones.

14. Modelo atómico actual
expuesto por las ideas de varios científicos tales como Schrodinger y Heisenberg. Establece una
serie de postulados, de los que cabe recalcar los siguientes:
• El electrón se comporta como una onda en su movimiento alrededor del núcleo
• No es posible predecir la trayectoria exacta del electrón alrededor del núcleo
• Existen varias clases de orbitales que se diferencian por su forma y orientación en el espacio;
así decimos que hay orbitales: s, p, d, f.
• En cada nivel energético hay un número determinado de orbitales de cada clase.
• Un orbital atómico es la región del espacio donde existe una probabilidad aceptable de que se
encuentre un electrón. En cada orbital no puede encontrarse más de dos electrones.

15. • Masa atómica: es la masa de un átomo, más frecuentemente expresada en unidades de
masa atómica unificada. La masa atómica puede ser considerada como la masa total de
protones y neutrones (pues la masa de los electrones en el átomo es prácticamente
despreciable) en un solo átomo (cuando el átomo no tiene movimiento).
• ion: es una partícula cargada eléctricamente constituida por un átomo o molécula que no es
eléctricamente neutro
• Catión: es un ion con carga positiva.
• Anión: es un ion con carga negativa.

16. Número atómico: es la cantidad de protones que posee un átomo, se representa con la letra
Z.
Numero másico: es representado por la suma de neutrones y protones, se simboliza con la
letra A . Por lo tanto A=Z+N
Por ejemplo
Calcula el número de protones, neutrones y electrones tienen estos átomos:
a) O ( Z=8, A=16) protones=Z=8; Neutrones=N=A-Z = 16-8= 8
b) Cl ( Z= 17 , A= 37 ) protones=Z=17; Neutrones=N=A-Z = 37-17=20
Propiedades de los átomos

17. Estructuras cristalinas
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 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.

18. 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.
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.

19. Polimorfismo:
El polimorfismo es la ocurrencia de múltiples formas cristalinas de un material. Se
encuentra en muchos materiales cristalinos incluyendo polímeros, minerales y
metales. Según las reglas de Gibbs de equilibrio de fase, estas fases cristalinas
únicas dependen de variables intensivas como la presión y la temperatura. El
polimorfismo está relacionado con la alotropía, que se refiere a los sólidos
elementales. La morfología completa de un material se describe por polimorfismo y
otras variables tales como hábito de cristal, fracción amorfa o defectos
cristalográficos.

20. Propiedades físicas
Veinte de las 32 clases de cristal son piezoeléctricas, y los cristales pertenecientes a una de
estas clases 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.

21. Conclusión
El átomo es una partícula cuyo estudio se ha llevado a cabo a lo largo de la
historia a través de diferentes postulados, posee una serie de particulares
propiedades las cuales son la base de los recursos de los cuales se vale el
hombre, tal es el caso de la electricidad, la cual viene dada por la separación o
movimiento de los electrones que componen a los átomos, no obstante los
átomos en condiciones de isótopos son utilizados para procesos nucleares
generando así energía.
El estudio de la estructura de un material o de la materia en si, permite conocer o
predecir sus propiedades, destinando el uso apropiado al cual está destinado.

22. Bibliografía
• anónimo. (junio de mayo de 2012). química de materiales. Obtenido de
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso
/materiales/atomo/estructura.htm
• anónimo. (2 de diciembre de 2016). Wikipedia. Obtenido de
https://es.wikipedia.org/wiki/Estructura_cristalina
• anónimo. (s.f.). química para bachillerato. Obtenido de
https://sites.google.com/site/quimicapara1erodebachillerato/modelo-atomico-a
• Barón, E. (22 de mayo de 2010). la guía química. Obtenido de
http://quimica.laguia2000.com/general/modelo-atomico-de-sommerfeld