La materia está formada por moléculas que conservan las propiedades del conjunto. Estas moléculas a su vez, se componen de otras partículas más pequeñas llamadas átomos, unidas entre sí dentro de la molécula.
Todo átomo consta de núcleo y corteza:
Núcleo.- De carga positiva y con toda la masa atómica (protones + neutrones)
Corteza.- constituida por electrones, exenta de masa.
El átomo no excitado es eléctricamente neutro; la carga de los electrones de la corteza es = a la carga del núcleo.
Los átomos de un elemento son iguales entre sí y diferentes de los átomos de los restantes elementos. Un átomo se diferencia del de otro elemento por el distinto nº de sus partículas fundamentales.
Z - Nº atómico.- es el nº de protones del átomo.
A - Nº másico.- indica el nº de protones (Z) + el nº de neutrones (N). A = Z+N
(al ser la masa de los electrones despreciable, A nos indica la masa del átomo)
Todos los átomos de un elemento tienen = Z (protones), pero puede haberlos con diferente A. La diferencia reside en el nº de neutrones N = A – Z son los
isótopos: Átomos de un mismo elemento con igual nº atómico y distinto nº másico.
La corteza del átomo está formada exclusivamente por electrones que giran alrededor del núcleo, describiendo órbitas circulares. Cada órbita tiene una energía característica, que aumenta a medida que se separa del núcleo (la fuerza de atracción debe ser mayor).
El nº de electrones de la órbita más externa varia de 1 a 8. estos electrones son los que intervienen en las reacciones químicas, (electrones de valencia).
Los átomos que no tienen completa esta órbita exterior tienden ganar o perder 1 o mas electrones, para quedar con 8 en la última capa.
Desde el punto de vista de la Ingeniería y del conocimiento de materiales nos interesa principalmente estos electrones corticales de la última capa.
Iones monoatómicos: la tendencia de los átomos a saturar la última capa puede ser:
• Cediendo los electrones de valencia para quedarse con la capa anterior saturada. La perdida de estos electrones hace que los átomos se conviertan en Iones positivos, Catión al tener más cargas positivas en su núcleo que negativas en la corteza. De este modo reaccionan los metales que tienen 1,2, ó 3 electrones en su última capa.
• Ganando electrones para completar la última capa. Los átomos se convierten en Iones negativos, Anión al tener más electrones en la periferia que protones en el núcleo. De esta forma reaccionan los no metales que poseen 7, 6, ó 5 electrones en su última capa.
Electronegatividad es la capacidad de un átomo para atraer e‾
Metales baja electronegatividad
No metales alta electronegatividad
La unión de los átomos entre si, por enlace químico, origina las sustancias ó materiales que pueden ser; - simples (todos los átomos son de un mismo elemento), C, Cl, Fe.. ó – compuestas (los átomos que la forman son de diferentes elementos) CO2 , HO2 , SO4 Na2.
Tipos de Enlace:
Enlace Ionico. Se realiza por la transferencia de un e‾ de un átomo a otro, debido a la atracción electrostática. Se transfieren átomos de elementos electronegativos a los átomos de elementos electropositivos, produciendo cationes y aniones.
En el proceso de ionización el átomo se reduce de tamaño cuando forma cationes (pierde una capa) y crece cuando forma aniones (al llenar la última capa la atracción del núcleo disminuye).
Enlace covalente: Se forma entre átomos con pequeñas diferencias de electronegatividad. Los átomos comparten sus e‾ externos, cada uno de los dos átomos contribuye con un e‾ a la formación del par de e‾ del enlace.
La mayoría de las sustancias con enlace covalente son gases, con puntos de fusión y ebullición bajas, poco solubles en agua y malos conductores de la electricidad y del calor.
Enlace metálico: En los metales en estado sólido, los átomos se encuentran empaquetados en una ordenación sistemática ó cristalina. Los átomos están tan juntos que los e‾ de valencia son atraídos por los núcleos de sus átomos vecinos, no están por tanto asociados a un núcleo único sino que forman una nube electrónica.
Los e‾ de valencia están débilmente enlazados a los núcleos de iones positivos y pueden moverse con relativa facilidad dentro del metal cristalino, esta es la razón de las altas conductividades eléctrica y térmica de los metales.
La mayoría de los metales pueden ser deformados considerablemente sin fracturas debido a que los átomos se pueden deslizar unos sobre otros sin distorsionar la estructura cristalina del enlace metálico.
Estructura cristalina:
La materia está formada por partículas (átomos, iones, moléculas, etc.) entre las que se crean fuerzas de cohesión. Según la naturaleza de estas fuerzas la materia se presenta en tres estados diferentes: sólido, líquido y gaseoso.
En estado sólido las fuerzas de cohesión entre partículas alcanzan valores elevados, que permiten una ordenación en el espacio. Se dan en estado sólido dos tipos de organización: estado cristalino, con ordenación regular y estado amorfo, con ordenación irregular
En los estados líquido y gaseoso las fuerzas de cohesión entre partículas son pequeñas en comparación al estado sólido, y se produce una ordenación irregular de dichas partículas
Las sustancias cristalinas se caracterizan porque sus partículas se repiten de una forma ordenada en las tres direcciones del espacio, ocupando posiciones definidas.
La celdilla unidad, es la unidad estructural fundamental del estado cristalino, la mayoría son paralelepípedos o prismas definiendo los vectores de sus lados y los valores de sus ángulos.
Casi todos los metales elementales cristalizan entres tipos de
Estructuras fundamentales:
• BCC. Cúbica centrada en el cuerpo.
• FCC. Cúbica centrada en las caras.
• HCP. Hexagonal compacta
