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UNIVERSIDAD TCNICA DEL NORTE FACUTAD DE INGENIERA EN CIENCIAS APLICADAS

CARRERA DE INGENIERA INDUSTRIAL CIENCIA DE LOS MATERIALES

TEMA: Estructura del tomo

SEMANA: 26 al 30 octubre 2015

META DE APRENDIZAJE: Identificar las diferentes estructuras atmicas y enlaces atmicos en

los materiales.

MARCO TERICO

La estructura de un material puede ser examinada en cuatro niveles: estructura atmica, arreglo

de los tomos, microestructura y macroestructura. La estructura atmica influye en la forma

que lo tomos se unen entre s, esto permite clasificar los materiales como metales,

semiconductores, cermicos y polmeros; la estructura atmica influye en relacin a sus

propiedades mecnicas y el comportamiento fsico de estos materiales.

Estructura del tomo

El tomo libre consta de tres partculas elementales, donde el

ncleo contiene:

1. Protones, tienen una carga positiva y una masa de

1.675x10-24 g

2. Neutrones, tienen una carga positiva neta y una masa

de 9.11x10-28 g

Mientras existen ciertos elementos que giran en orbitas

elpticas:

1. Electrones, con carga negativa y estn sujetos al ncleo por atraccin electrosttica y

tiene una masa de 1.673x10- 24 g

Por lo tanto un electrn es 1/1800 de la masa del protn.

La carga elctrica del electrn y protn es: 1.60x10-19 C. El nmero atmico de un elemento es

igual al nmero de electrones o protones en cada tomo. Ej. Fe 26 e y 26 p.

La masa atmica M que corresponde al nmero promedio de protones y neutrones en el tomo

es la masa de una cantidad de tomos igual al nmero de Avogrado NA=6.02x1023 mol-1 es el

nmero de tomos o molculas en un mol o molcula gramo.

EVALUACIN FORMATIVA

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Seor estudiante revise estructura del tomo en (Askeland, pp. 19-20) y (Callister, pp. 8-13)

Estructura electrnica del tomo

Los electrones ocupan niveles de energa discontinuos del tomo. Cada electrn posee una

energa en particular, no existen ms de dos electrones en cada tomo con una misma energa.

Es decir, existe una diferencia de energa entre dos niveles de energa diferentes.

Nmeros cunticos

Los electrones ocupan niveles de energa discontinuos del tomo. Cada electrn posee una

energa en particular.

Nmeros cunticos. Son valores que describen el comportamiento del electrn y nos ayuda a

localizar al electrn alrededor del ncleo y son cuatro: n, l, m, s

Nmero cuntico n o principal

Indica los niveles energticos de los electrones y toma valores del 1 al 7 que tambin se

indican con las letras de la K a la Q.

El nmero mx. de electrones que tiene cada nivel energtico se usa 2n2. solamente hasta

el 4 nivel.

Nmero cuntico l o secundario

Depende del #n, indica los subniveles que tiene cada nivel energtico. Existen 4 subniveles

definidos:

s=0 sharp o empezar,

p=1 principal,

d=2 difuso,

f=3 fundamental.

Hallamos estos con la frmula (n-1)

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Nmero cuntico m o magntico

Indica el nmero de orbitales que tiene cada subnivel

Hallamos con la frmula m=(2l+1).

Un orbital se representa con un cuadrado.

Nmero cuntico s o spin

Es independiente de los dems e indica nicamente el sentido de giro del electrn.

+1/2 en direccin de las manecillas del reloj.

-1/2 en contra de las manecillas del reloj.

Ejemplo:

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CONFIGURACIN ELECTRNICA ESCALA DE PAULI

La escala de Pauli, permite realizar la configuracin de electrones de una manera ms prctica:

ANOMALIAS DE LAS CONFIGURACIONES ELECTRNICAS

Los elementos Cu, Cr, Au, Mo, Ag, W sufren un

salto de un electrn de un subnivel s a un

subnivel d esto se debe a la tendencia que tienen

los e- de buscar mayor estabilidad por lo tanto

con estos elementos indicados se cumple la

anomala, es decir que dichos elementos no

cumplen las reglas bsicas de la configuracin

electrnica.

Analice los dems elementos Cu, Cr, Au, Mo, Ag,

W sufren un salto de un electrn de un subnivel

s a un subnivel d esto se debe a la tendencia que

tienen los e- de buscar mayor estabilidad por lo

tanto con estos elementos indicados se cumple

la anomala, es decir que dichos elementos no

cumplen las reglas bsicas de la configuracin

electrnica.

Analice los dems elementos

Resuelva los siguientes nmeros atmicos:

Z=28, Z=43, Z=73, Z=103

Seor estudiante revise estructura electrnica del tomo en (Askeland, pp. 20-24) y (Callister, pp. 13-16)

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Enlaces atmicos

Los tomos, molculas e iones y se unen entre s para

tener la mnima energa, lo que equivale a decir de mxima

estabilidad. Se unen utilizando los electrones ms

externos (de valencia).

Tipos de enlaces

Enlace inico

Cuando un material se encuentran presentes ms de

un tipo de tomos, uno de ellos puede donas sus

electrones de valencia a un tomo distinto, llenando la

capa energtica externa del segundo tomo. En ese

momento ambos tomos tendrn su nivel de energa

externo lleno (o vaco), y a la vez han adquirido una

carga elctrica y se comportan como iones. El tomo

que cede los electrones queda con carga neta positiva (catin), mientras el que acepta

electrones adquiere una carga neta negativa (anin).

Ejemplo:

La sal tiene caractersticas muy diferentes cuando sus elementos se

encuentran separados, y cuando se une para formar cloruro de sodio

tenemos:

El sodio es un metal altamente reactivo.

El cloro es un gas venenoso.

Aun as al combinarse se produce la sal comn (NaCl)

Esto explica la fuerte atraccin entre iones apareados.

El proceso ocurre de la siguiente forma:

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Enlace covalente

Los materiales comparten electrones entre dos o ms

tomos, este tipo de enlace son muy fuertes, los

materiales enlazados de esta manera por lo general

tienen pobre ductilidad y mala conductividad elctrica

y trmica. Muchos cermicos, semiconductores y

polmeros tienen este tipo de enlace.

Ejemplo:

Los tomos de algunos elementos pueden alcanzar una

estructura electrnica estable al compartir uno o ms electrones

con tomos adyacentes. As tenemos entre el nitrgeno que tiene

5 electrones y le falta 3 electrones para completar, mientras el

hidrogeno solo tiene un solo electrn. Un tomo de nitrgeno

comparte 3 tomos de hidrogeno, produciendo el amoniaco.

Enlace metlico

Los elementos metlicos, que tienen una electronegatividad

baja, ceden sus electrones de valencia para formar un mar de

electrones que rodea a los tomos. Es decir, La falta de iones

cargados opuestamente en la estructura metlica y la falta de

suficientes electrones de valencia para forma un enlace

covalente verdadero hace necesario que ms de dos tomos

compartan electrones de valencia. Cada tomo de metal

contribuye con sus electrones de valencia a formar una nube

electrnica negativa. Los iones metlicos se mantienen juntos en

virtud de su atraccin mutua para la nube electrnica negativa.

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Ejemplo:

El aluminio, cede sus tres electrones de valencia, dejando

un cuerpo central formado por el ncleo y los electrones

internos. Es decir, como su cuerpo central le faltan tres

electrones cargados negativamente, este tiene una carga

positiva igual a tres. Los electrones de valencia se mueven

libremente ese momento por el mar de electrones y se

asocian a varios centros atmicos, produciendose un

fuerte enlace metlico.

Enlaces de Vander Waals

Este tipo de enlace se presenta en tomos neutros como los de

los gases inertes. Cuando los tomos se acercan hay una

separacin de los centros de cargas positivas y negativas, y

resulta una dbil fuerza de atraccin. Es de importancia slo a

bajas temperaturas cuando la dbil fuerza de atraccin puede

vencer la agitacin trmica de los tomos.

Las fuerzas de van der Waals definen el carcter qumico de

muchos compuestos orgnicos. Tambin definen la solubilidad

de sustancias orgnicas en medios polares y no polares. En los

alcoholes inferiores, las propiedades del grupo polar hidrxilo dominan a las dbiles fuerzas

intermoleculares de van der Waals. En los alcoholes superiores, las propiedades del radical

alqulico apolar (R) dominan y definen la solubilidad. Las fuerzas de van der Waals crecen con la

longitud de la parte no polar de la sustancia.

Enlaces mixtos

En la mayor parte de materiales existen dos o ms tipos de enlaces. Por ejemplo el hierro est

formado por enlaces metlicos y covalentes.

Seor estudiante revise enlaces atmicos en (Askeland, pp. 24-28) y (Callister, pp. 19-26)

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Seores estudiantes, como parte del proceso de formacin realice el siguiente cuestionario

hasta el viernes 06 noviembre de 2015

CUESTIONARIO

1. La hoja de aluminio utilizada para guardar alimentos pesa aproximadamente 0,3 g por

pulgada cuadrada. Cuntos tomos de aluminio estn contenidos en esta muestra de hoja?

2. Calcule el nmero de tomos de hierro en una tonelada (2000 libras)

3. A fin de recubrir una pieza de acero que tiene una superficie de 200 plg2 con una capa de

nquel de 0,002 plg. de espesor:

a. Cuntos tomos de nquel se requieren?

b. Cuntos moles de nquel se requieren?

4. Suponga que un elemento tiene una valencia de 2, y un nmero atmico de 27. Con base

nicamente en los nmeros cunticos, cuntos electrones deben estar presentes en el

nivel de energa 3d?

5. El indio, cuyo nmero atmico es 49, no contiene ningn electrn en sus niveles de energa

4f. Con base nicamente en esta informacin. cul debe ser la valencia del indio?

6. Indicar si las configuraciones electrnicas siguientes corresponden a un gas inerte, a un

halgeno, a un metal alcalino, a metal alcalinotrreo o a un metal de transicin. Justifique

porque en cada caso:

7. Realice la configuracin electrnica de cada elemento, y la representacin grfica del enlace

inico de los siguientes compuestos:

a. Cloruro de Potasio (KCl) b. xido de Hierro (FeO) c. Cloruro de Plata (AgCl) d. Oxido de Berilio (BeO) e. Cloruro de Cobre (CuCl2)

8. Realice la configuracin electrnica de cada elemento, y la representacin grfica del enlace

covalente de los siguientes compuestos:

a. Molcula de Agua (H2O) b. Metano (CH4) c. Amoniaco (NH3) d. Trixido de Azufre (SO3) e. Cloruro de Fsforo (PCl5)

9. Realice un cuadro comparativo de las caractersticas de cada tipo de enlace.

10. Indique la importancia de comprender la estructura atmica y los enlaces atmicos para

seleccionar un material.

Nota: Enviarlo al aula virtual: www.edmodo.com