Este documento describe la estructura atómica y cristalina de la materia. Explica que los átomos están compuestos de protones y neutrones en el núcleo y electrones alrededor, y describe los modelos atómicos históricos como las teorías de Dalton, Thomson, Rutherford y Bohr. Luego explica la estructura del núcleo atómico y los diferentes tipos de átomos. Finalmente, describe la estructura cristalina de los sólidos como un patrón ordenado de átomos en una red y los

1. ÁTOMOS Y
ESTRUCTURA
CRISTALINA
Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño
Ciencia de los materiales
Profesor: Julián Carneiro
Por Luis Eduardo Hernández Ramírez
C.I. 22.449.743
Ingeniería Química [49]
Maracaibo, mayo de 2016

2. El átomo
Átomo, en griego,
significa indivisible.
El primer en utilizar
este término fue
Demócrito (filósofo
griego del año 500
AC).
Está compuesto por
un núcleo, en el
que se concentra
casi toda su masa,
rodeado por una
nube de electrones.
El núcleo atómico
está formado por
protones, con
carga positiva y
neutrones,
eléctricamente
neutros.
No es posible
dividir un átomo
mediante
procesos
químicos.
Es la unidad
de materia
más pequeña
Los electrones,
cargados
negativamente,
permanecen
ligados al núcleo
mediante la fuerza
electromagnética.

3. Modelos atómicos

4. Teoría atómica de
DALTON
Jhon Dalton (1808) utilizó las dos leyes fundamentales de las combinaciones
químicas (ley de la conservación de la masa y ley de composición constate) como
base para su teoría atómica. Esta se resume en tres postulados:
1. Cada elemento químico se compone de partículas diminutas e indestructibles
denominadas átomos. Los átomos no pueden crearse ni destruirse durante una
reacción química.
2. Todos los átomos de un elemento son semejantes en masa (peso) y otras
propiedades, pero los átomos de un elemento son diferentes de los del resto de
los elementos.
3. En cada uno de sus compuestos, los diferentes elementos se combinan en una
proporción numérica sencilla: un átomo de A con un átomo de B (AB), o un
átomo de A con dos átomos de B (AB2).
Aunque esta teoría condujo a la ley de las proporciones múltiples, fue descartada
ante la llegada del modelo de Thomson.

5. M odelo at ómico de
THOMSON“Budín de pasas”
Joseph John Thomson (1897) postuló en su modelo atómico:
• La carga positiva necesaria para contrarrestar la carga negativa
de los electrones en un átomo neutro está en forma de nube
difusa.
• El átomo consiste en una esfera de carga eléctrica positiva, en
la cual están incrustados los electrones en número suficiente para
neutralizar la carga positiva.
• Sus experimentos sobre los rayos catódicos en campos
magnéticos y eléctricos dieron pie al descubrimiento del electrón
e hizo posible medir la relación entre su carga y su masa.
Base del
descubrimiento:
Electrón
Una vez considerado el electrón
como una partícula fundamental de
la materia existente en todos los
átomos, los físicos atómicos
empezaron a especular sobre cómo
estaban incorporadas estas
partículas dentro de los átomos.

6. M odelo at ómico de
RUTHERFORD
Ernest Rutherford (1911) propuso el modelo nuclear del átomo:
• La mayor parte de la masa del átomo y toda su carga positiva, se concentra en
una región muy pequeña llamada núcleo.
• Los electrones están moviéndose constantemente alrededor del núcleo.
• La mayor parte del átomo es espacio vacío.
Por desgracia, este modelo presentaba varias incongruencias: contradecía las
leyes del electromagnetismo de Maxwell y no explicaba los espectros atómicos.
Base del
descubrimiento:
Núcleo

7. Niels Bohr propone un modelo del átomo de hidrógeno:
• El electrón del átomo de hidrógeno gira alrededor del
núcleo en órbitas circulares estacionarias
• Los electrones solo pueden existir en ciertas órbitas
discretas.
• Los electrones están restringidos a ciertos estados
cuantizados.
Modelo atómico de
BOHR
Base del
descubrimiento:
Órbitas
cuantizadas

8. Modelo actual
MECÁNICO
CUÁNTICO
Después de que Louis-Victor de
Broglie propuso la naturaleza
ondulatoria de la materia en 1924, la
cual fue generalizada por Erwin
Schrödinger en 1926, se actualizó
nuevamente el modelo del átomo:
• La energía presente en los electrones
los lleva a comportarse como ondas
(comportamiento dual)
• Los electrones se mueven alrededor
del núcleo en zonas de mayor
probabilidad.
• Plantea una ecuación de onda, la cual
conduce a una cuantificación de la
energía que depende de ciertos
números enteros, estos son los
números cuánticos.
Principio de incertidumbre de
Heisenberg:
“Es imposible medir simultáneamente de
forma precisa la posición y el momento
lineal (velocidad) de una partícula."
De Broglie
Schrödinger
Heisenberg

9. ESTRUCTURA
ATÓMICA

11. Partículas subatómicas
Partícula Masa (g) Masa (uma) Carga (C)
Carga
(eV)
Masa
(relación)
Símbolo
Protón 1.672622x10-24 1.007276 1.6022x10-19 +1 1 p+
Neutrón 1.674927x10-24 1.008665 0 0 1 n
Electrón 9.109383x10-28 0.005485 -1.6022x10-19 -1 1/1840 e-

12. Núcleo atómico
XZ
A
NÚMERO ATÓMICO (Z)
• Número de protones del átomo.
• Indica el elemento al que
pertenece el átomo.
NÚMERO MÁSICO (A)
• Suma de protones y neutrones
del átomo.
• Indica la masa del átomo.

13. Átomos e iones
Átomo
negativ
o
ANIONES
Átomo con mayor
número de
electrones que de
protones
(e- > p+)
Átomo
positivoCATIONES
Átomo con menor
número de
electrones que de
protones
(e- < p+)
Átomo
neutro
Átomo con número
de electrones igual
al de protones
(e- = p+)

14. Tipos de átomos

15. ISÓTOPOS ISÓBAROS ISÓTONOS
Corresponden a átomos que tienen
el mismo número atómico pero
diferente número másico (igual
número de protones, diferente
número de neutrones).
Por ejemplo, existen tres isótopos de
hidrógeno: hidrógeno, deuterio y
tritio.
Se denomina así a los distintos
núcleos atómicos con el mismo
número másico (A), pero diferente
número atómico (Z).
Las especies químicas son
distintas, pero la cantidad de
protones y neutrones es tal que, a
pesar de ser distinta entre los dos
isóbaros, la suma es la misma.
Son átomos diferentes, por
tanto, tienen diferente número
atómico, también tienen
diferente número másico, pero
tienen el mismo número de
neutrones.
Número de protones difiere
entre átomos.

16. Estructura
cristalina

17. 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.
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.

18. ESTADO AMORFO
Las partículas
componentes del sólido se
agrupan al azar.
ESTADO CRISTALINO
Los átomos (moléculas o
iones) que componen el
sólido se disponen según
un orden regular.
Las partículas se sitúan
ocupando los nudos o
puntos singulares de una
red espacial geométrica
tridimensional.
La estructura física de los sólidos es consecuencia de la disposición de los átomos, moléculas o
iones en el espacio, así como de las fuerzas de interconexión de las partículas:
Los metales, las aleaciones y determinados materiales cerámicos tienen estructuras cristalinas.

19. Los átomos que pertenecen a un sólido cristalino
se pueden representar situándolos en una red
tridimensional, que se denomina retículo espacial
o cristalino. Este se define como una repetición
en el espacio de celdas unitarias.
La celda unitaria de la mayoría de las estructuras
cristalinas son paralelepípedos o prismas con tres
conjuntos de caras paralelas. Según el tipo de
enlace atómico, los cristales pueden ser de tres
tipos: iónicos, covalentes o metálicos

20. CRISTALES IÓNICOS
Punto de fusión
elevado, duros y muy
frágiles, conductividad
eléctrica baja y
presentan cierta
elasticidad.
Ej.: NaCl (sal común).
CRISTALES
METÁLICOS
Opacos y buenos
conductores térmicos
y eléctricos. No son
tan duros como los
anteriores, aunque sí
maleables y dúctiles.
Ej.: Hierro, estaño,
cobre.
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.

21. Según la posición de los átomos en los vértices de la celda unitaria de la red cristalina
existen:
REDES CÚBICAS SENCILLAS
Los átomos ocupan sólo los vértices de la celda unidad.
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.
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.
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.

22. REDES CÚBICAS
SENCILLAS
REDES CÚBICAS
CENTRADAS EN
EL CUERPO
REDES
CÚBICAS
CENTRADAS EN
LAS CARAS
REDES
HEXAGONALES

23. ¡MUCHAS
GRACIAS!