El documento describe la estructura atómica de los materiales. Explica que los átomos están compuestos principalmente por protones, neutrones y electrones, y que el modelo atómico más común consiste en un núcleo pequeño rodeado por una nube de electrones. Luego resume los modelos atómicos propuestos por Thomson y Rutherford, y describe los enlaces iónicos, covalentes y metálicos que unen los átomos en los materiales.

1. Estructura Atómica de los Materiales
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2. Los átomos son la unidad básica estructural de todos los materiales de
ingeniería. Los átomos constan principalmente de tres partículas
subatómicas básicas, protones neutrones y electrones. El modelo más
común consta de un pequeño núcleo de alrededor de 10-14 m de diámetro
rodeado de una nube de electrones relativamente poco dispersa y de
densidad variable de modo que el diámetro del átomo es del orden de 10-
10 m.
La nube de carga electrónica constituye de este modo casi todo el
volumen del átomo, pero, sólo representa un pequeña parte de su masa. Los
electrones, particularmente la masa externa determinan la mayoría de las
propiedades mecánicas, eléctrica, químicas, entre otros.

3. Una vez probada la existencia de protones y electrones en los
átomos, surgió el primer modelo atómico propuesto por Thomson,
quien postuló que el átomo esta compuesto por una esfera de
electricidad positiva con distribución uniforme de cargas
negativas dentro de ella, es decir, una unidad simétrica neutra,
donde casi toda la masa esta asociada por la electricidad
positiva.

4. Este modelo no ofreció explicaciones satisfactorias a ciertos
hechos experimentales especialmente a los realizados por
Rutherford, quien estudió el comportamiento de los rayos alfa
cuando incidían sobre una lámina delgada de oro; al disparar el
haz de partículas alfa sobre esta lámina no se debía presentar
desviación de su trayectoria y con base en
esto Rutherford estableció un nuevo modelo atómico, donde se
señalaron los siguientes aspectos:

5. • El núcleo del átomo debe ser muy pequeño en
comparación con el tamaño total del átomo.

6. • Las partículas alfa son deflactadas porque son rechazadas
por una alta concentración de cargas positivas
inamovibles.

7. • Los electrones deben estar alrededor del núcleo y no
dentro de él y estos determinan el volumen del átomo.

8. Este modelo, sin embargo, presentó una serie de problemas
debido a que los electrones no podían permanecer estacionarios a
cierta distancia del núcleo, pues se precipitarían sobre él debido a las
fuerzas electrostáticas. Tampoco podrían considerarse moviéndose
en órbitas alrededor del núcleo debido a que estos son considerados
partículas cargadas eléctricamente que irradian energía en forma de
ondas generando un arco iris de colores hasta finalmente caer en el
núcleo debido a la pérdida de energía, como podemos ver éste
modelo predice incorrectamente un espectro continuo y la
distribución del átomo.

9. es la cantidad de protones que posee el núcleo de un átomo. Debe
ser un número entero. Se denomina "atom" a un átomo de un elemento
determinado, debido a que en su núcleo existe esa cantidad
determinada de "protones". Como cada protón y neutrón pesa una
unidad, el peso de un átomo será la suma de ambos. En consecuencia,
los pesos atómicos serán todos números enteros, o sencillamente la
cantidad de partículas (tanto neutrones como protones) del núcleo. La
masa atómica relativa de un elemento es la masa en gramos de 6.023 ×
1023 átomos (número de Avogadro NA) de ese elemento. La masa
atómica de un elemento es la que corresponde al promedio de las masas
de sus distintos isótopos según las abundancias relativas naturales de estos
en dicho elemento. Hay que tener en cuenta las masas de los distintos
isótopos y sus porcentajes en la naturaleza.
A
Z
X
carga
Numero atómico

10. Enlace covalente: El enlace covalente se forma entre átomos con pequeñas diferencias de electronegatividad. Los
átomos generalmente comparten sus electrones externos con otros átomos, de modo que cada átomo alcanza la
configuración de gas noble. El enlace covalente puede ser sencillo (los dos átomos comparten dos electrones, uno
de cada átomo), doble (comparten cuatro, dos procedente de cada átomo) o triple.
Enlace metálico: En metales en estado sólido los átomos se encuentran
empaquetados en una estructura cristalina. Los átomos están tan juntos que sus
electrones externos de valencia son atraídos por los núcleos de sus átomos
vecinos. Como consecuencia podemos deducir fácilmente que los electrones de
valencia no están asociados a un núcleo único y, así, es posible que se
extiendan entre los núcleos metálicos en forma de una nube electrónica de carga
de baja densidad. Los electrones de valencia están en lazados al núcleo de
iones positivos y pueden moverse con fácilmente dentro del metal cristalino.
Enlace iónico: Es el que se recibe en las uniones de átomos de diferente
electronegatividad que son por principio donadores y aceptores de electrones,
respectivamente. En este proceso de ionización, los electrones del metal son
transferidos al del no metal con lo que se alcanza mayor estabilidad, mínima
energía libre.

12. Las Fuerzas Intermoleculares, son fuerzas de atracción y repulsión
entre las moléculas. El comportamiento molecular depende en gran
medida del equilibrio (o falta de él) de las fuerzas que unen o separan
las moléculas. Las fuerzas de atracción explican la cohesión de las
moléculas en los estados líquido y sólido de la materia, estas fuerzas son
las responsables de muchos fenómenos físicos y químicos como la
adhesión, rozamiento, difusión, tensión superficial y la viscosidad.
Existen varios tipos de interacciones:
• Fuerzas de orientación
• Fuerzas de dispersión
• Fuerzas de inducción

13. * Fuerza de orientación equilibrio (o falta de él) de las fuerzas que unen o
separan las moléculas, entre las diversas fuerzas de orden intermoleculares
que mantienen unidos los átomos dentro de la molécula y mantener la
estabilidad de las moléculas individuales, tenemos: Fuerza de dispersión
Fuerza de Atracción
* Fuerzas de orientación (aparecen entre moléculas con momento dipolar
diferente) - Fuerzas de inducción (ion o dipolo permanente producen en
una molécula apolar una separación de cargas por el fenómeno de
inducción electrostática)
* Fuerzas de dispersión (aparecen en tres moléculas apolares).
* Fuerzas de inducción (ion o dipolo permanente producen en una
molécula apolar una separación de cargas por el fenómeno de inducción
electrostática)

14. Se llama cristales a los acomodamientos atómicos repetitivos en las
tres dimensiones. Esta repetición de patrones tridimensionales se debe a
la coordinación atómica dentro del material, algunas veces este patrón
controla la forma externa del cristal. El acomodamiento atómico interno
persiste, aunque la superficie externa se altere. Los acomodamientos
cristalinos pueden tomar uno de siete principales patrones de
acomodamiento cristalino. Estos están estrechamente relacionados con
la forma en la que se puede dividir el espacio en iguales volúmenes por
superficies planas de intersección

15. • Cristales Cúbicos: Los átomos pueden acomodarse en un
patrón cúbico con tres diferentes tipos de repetición: cúbico
simple (cs), cúbico de cuerpos centrados (ccc), y cúbico de
caras centradas (ccac).
• Cúbico simple: Es hipotética para metales puros, pero
representa un buen punto de partida. Además de las tres
dimensiones axiales a iguales y los ejes en ángulos rectos, hay
posiciones equivalentes en cada celdilla. Cada celdilla tiene
contornos idénticos al centro a los de todas las celdillas
unitarias en el cristal. Del mismo modo, cualquier posición
específica es idéntica en todas las celdillas unitarias.

16. • Cúbica de caras centradas. Este tipo de estructura se
caracteriza por que en la esquina de cada celdilla
unitaria y en centro de cada cara hay un átomo, pero
no hay ninguno en el centro del cubo.