Guía Unidad 2

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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

FRANCISCO DE MIRANDA

COMPLEJO ACADEMICO EL SABINO

UNIDAD CURRICULAR: CIENCIAS DE LOS MATERIALES

UNIDAD II: ESTRUCTURA ELECTRONICA Y ARREGLOS ATOMICOS

PROFESOR: ING. ORLANDO DÍAZ

MAYO 2010



1.- Átomo

En química y física, átomo (del latín atomus , y éste del griego άτοµος ,

indivisible ) es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su

identidad o sus propiedades y que no es posible dividir mediante procesos

químicos.

Los átomos están constituidos fundamentalmente por tres partículas

subatómicas: Protones, Neutrones y Electrones.

2.-Definición de Enlaces

El enlace químico entre átomos acontece siempre hay una disminución neta en la energía

potencial de los átomos enlazados. Es decir, los átomos enlazados se encuentran en

condiciones energéticas muchos más estables.

3.- Tipo de Enlaces

3.1.- Enlaces Primarios

Son aquellos que desarrollan grandes fuerzas interatómicas.

3.1.1.- Enlace Iónico

Algunas características de los compuestos formados por este tipo de enlace

son:

• Forman redes cristalinas separadas entre sí.

• Altos puntos de fusión.

• Están formados por metales y no metales.

• Son solubles en disolventes polares.

• Una vez fundidos o en solución acuosa, sí conducen la electricidad.

• En estado sólido no conducen la electricidad. Si utilizamos un bloque de

sal como parte de un circuito en lugar del cable, el circuito no funcionará.

Así tampoco funcionará una bombilla si utilizamos como parte de un

circuito un cubo de agua, pero si disolvemos sal en abundancia en dicho

cubo, la bombilla, del extraño circuito, se encenderá. Esto se debe a que



los iones disueltos de la sal son capaces de acudir al polo opuesto (a su

signo) de la pila del circuito y por ello este funciona.

3.1.2.- Enlace Covalente

3.1.3.- Enlace Metálico

3.2.- Enlaces Secundarios

3.2.1.- Enlace de Van der Waals

4.- Arreglos Atómicos

El arreglo atómico juega un importante papel en la determinación de la

microestructura y en el comportamiento de un material solido. El arreglo

atómico es finalmente quien le da las distintas características que poseen cadauno de los distintos tipos de materiales.

5.- Niveles de Arreglos Atómicos

5.1.- Sin Orden

Este tipo de arreglo atómico se presenta en gases monoatómicos como el

argón (Ar) o el plasma que se forma en un tubo fluorescente, los átomos o los



iones no tienen un arreglo ordenado. Los materiales que tienen este tipo de

arreglo por lo general llenan todo el espacio que los rodea.

5.2.- Orden de Corto Alcance

Un material tiene un orden de corto alcance si el arreglo espacial de sus

átomos se extiende solamente a su vecindad inmediata. Este tipo de arreglo

atómico se presenta en materiales como el agua, algunos polímeros y

cerámicos.

5.3.- Orden de Largo Alcance

La mayoría de los metales y aleaciones, los semiconductores, los cerámicos y

algunos polímeros tienen una estructura cristalina donde los átomos o iones

muestran un orden de largo alcance. Los átomos o iones de estos materiales

forman un patrón regular y repetitivo, semejante a una red en tres dimensiones.

6.- Celdas Unitarias

Características de las Celdas Unitarias

Empaquetamiento compacto: Esto es cuando los átomos de la celda

están en contacto unos con otros. No siempre será así y en muchos casos

mediará una distancia mínima entre las nubes electrónicas de los diferentes

átomos.



Parámetro de red: Es la

haber tan solo uno, d

dependiendo del tipo de

más comunes se represe

Nodos o átomos por cenodos o átomos que pos

poseerá un nodo por cel

celdas más. De hecho si

es unitaria, en cambio si

estuviésemos en una cel

un átomo.

Número de coordinació

los primeros vecinos, de u

empaquetamiento compa

átomos en contacto con o

Factor de empaquetam

ocupada por los átomos,

Donde f es el factor de e

el número de átomos por

la celda. Normalmente separa las diferentes celda

posee cada estructura cri

esferas rígidas en contact

6.1.- Cubica centrada en las

Esta estructura está basa

asociando un átomo por

longitud de los lados de la celda unitari

os o hasta tres parámetros de red

red de bravais que tratemos. En las e

ta con la letra a y con la c en caso de ha

l

da: Tal y como dice el nombre es el ne cada celda. Una celda cuadrada, por

da ya que cada esquina la comparte c

na celda posee más de un nodo de red

osee más de un átomo por celda pudier

a unitaria pero con una base atómica d

: Es el número de puntos de la red más

n nodo de la red. Si se trata de una estru

to el número de coordinación será el n

tro. El máximo es 12.

iento: Fracción del espacio de la celd

uponiendo que éstos son esferas sólidas

paquetamiento o fracción de volumen o

celda, v el volumen del átomo y Vc el vo

suele dar el factor de empaquetamientocomo indicador de la densidad de át

istalina. En este caso los átomos se tra

o con sus vecinos más cercanos.

Caras (FCC)

a en la red espacial cúbica centrada en l

cada punto reticular de la misma. Por t

a. Puede

distintos

tructuras

er dos.

mero deejemplo,

n cuatro

s que no

a ser que

e más de

ercanos,

ctura con

mero de

unitaria

.

upado, n

lumen de

ompactomos que

tan como

l

as caras,

anto, hay



átomos en los vértices y en los centros de las caras de dicha celdilla cúbica. El

Al, Cu, Au, Ag y Ni son ejemplos de metales que adoptan esta estructura.

6.2.- Cubica centrada en el Cuerpo (BCC)

Es una estructura basada en la red espacial cúbica centrada en el cuerpo, de

forma que a cada punto reticular de la misma se le asocia un átomo. Por tanto,

hay un átomo en cada vértice de la celdilla cúbica y otro en el centro de dicha

celdilla. Como ejemplo de metales que adoptan esta estructura se pueden citar

el Na, K, Cr, Mo, W y Fe-a.



6.3.- Hexagonal Compacta (HC)

Es una estructura basada en la red espacial hexagonal, de forma que a cada

punto reticular de la misma se le asocian dos átomos. Metales como el Zn, Zr,

Cd, Be y Ti adoptan esta estructura hexagonal compacta.



7.- Densidad Volumétrica

Si se supone que los átomos son esferas perfectas, la densidad volumétrica de un

metal está definida por



Donde ρ es la densidad, N A e

Número de Avogrado: 6,0221

Masa Atomica: En la tabla pe

l número de Avogadro y m la masa atómica.

4179 x 1023 atomo/mol

riodica



EJERCICIOS PROPUESTOS

1.- El potasio a 20ºC es BCC y tienen un radio atómico de 0,238 nm. Calcule el valor

de su constante reticular “a” en nanómetros.

2.- El tungsteno a 20ºC es BCC y tiene un radio atómico de 0,148 nm. Calcule el valor

de su constante reticular “a” en nanómetros.

3.- Calcule el valor en nanómetros cúbicos de la celda unitaria del berilio. El berilio es

HCP a 20ºC con a= 0,22856 nm y c= 0,35832.

4.- El cadmio a 20ºC es HCP. Su radio atómico es de 0,148 nm, calcule el volumen de

la celda unitaria.

5.- Calcule el valor de la densidad volumétrica en g/cm3 de la plata a partir de su

constante de red “a” de 0.40856 y su masa atómica de 107,87 g/mol.

6.- La constante de red para el niobio BCC a 20ºC es 0,33007 nm y su densidadvolumétrica es 8,60 g/cm3. Calcule el valor de su masa atómica

7.- El titanio experimenta un cambio poliformico de la estructura cristalina BCC a la

HCP por enfriamiento después de 882 ºC. Calcule el % del cambio de volumen cuando

la estructura cambia de BCC a HCP. La constante de red de la celda BCC “a” es de

0.332 nm y su valor para la celda HCP es a=0.2950 nm y c=0.4683 nm.

8.- Un metal con una estructura cúbica tiene una densidad de 2,6 grs/cm3, un peso

atómico de 87,62 grs/mol y una arista de 6,0849 A°. Determinar la estructura cristalina

del metal. R: fcc

9.- Un metal con una estructura cúbica tiene una densidad de 1,892 grs/cm3

, un pesoatómico de 132,91 grs/mol y una arista de 6,13 A°. Determinar la estructura cristalina

del metal. R: Bcc

10.- La densidad del potasio que tiene una estructura BCC es de 0,855grs/cm3, el

peso atómico es de 39,09 grs/mol. Calcule la arista o parámetro de red y el radio

atómico. R: 5,08A; 1,798ª

11.- Un clip pesa 0,59gr y está hecho de hierro BCC. El peso atómico del hierro es

55,85 grs/mol y el radio atómico es 1,26A, calcule el número de celdas unitarias que

tiene el clip. R: 3,18x1021 celdas

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