TEMA-1-ESTRUCTURA-ATOMICA.

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Paatrona

Ciencia e Ingeniería de Materiales

2º Grado en Ingeniería de Tecnologías Industriales

Escuela de Ingenierías Industriales

Universidad de Málaga

Reservados todos los derechos.

No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.
 TEMA 1: LA ESTRUCTURA ATÓMICA

Las propiedades y el comportamiento de un material son consecuencia de su estructura.

La estructura a nivel atómico (disposición de los electrones en el átomo), cristalino
(disposición de los átomos o iones en el espacio) y granular (disposición de los grupos
cristalinos en el sólido) condicionan el comportamiento de los materiales.

1. ESTRUCTURA DEL ÁTOMO

El modelo de Rutherford establecía que el átomo tiene un núcleo central
en el que están concentradas la carga positiva y prácticamente toda la
masa. La carga positiva de los protones es compensada con la carga
negativa de los electrones, que se hallan fuera del núcleo.

Por tanto decimos que el núcleo está compuesto por los protones y
neutrones y que la corteza está compuesta por los electrones y define el
volumen.

2. MODELOS DE BOHR Y FUNCIÓN DE ONDA DE SCHRÖDINGER

El modelo de Bohr es una modificación al modelo Rutherford, por lo que las características
de un núcleo central pequeño y con la mayoría de la masa se mantienen. De la misma
forma, los electrones orbitan alrededor del núcleo similar a los planetas alrededor del Sol,
aunque sus órbitas no son planas.

La función de onda de Schrödinger es un constructo matemático asociada a una partícula

libre que se mueve con velocidad, nos da la función de probabilidad de encontrar una
partícula en zonas del espacio, es decir, no podemos dar la posición exacta sino dar las
zonas de alta probabilidad de encontrar un electrón.

3. CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
◎ Principio de Aufbau: Los electrones van llenando los orbitales del átomo de menor a
mayor energía.
◎ Principio de exclusión de Pauli: En un átomo no puede haber dos electrones con los
mismos cuatro números cuánticos.
◎ Regla máxima multiplicidad de Hund: Los electrones tienden a ocupar todos los orbitales
de un subnivel (electrones desapareados).

◎ Gases nobles: Completar última capa con 8 electrones aporta al átomo una elevada
estabilidad química.

* electronegatividad: tendencia de un átomo a arrancar electrones de otros átomos.

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 4. ENLACES ENTRE ÁTOMOS - MOLÉCULAS
Los enlaces se producen debido a la existencia de fuerzas interatómicas que mantienen
unidos a los átomos.

A) ENLACES PRIMARIOS

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→ Enlace iónico
Este enlace se forma entre elementos muy electropositivos (metales) y muy
electronegativos (no metales).

El enlace se produce por la formación de iones al ceder los elementos electropositivos sus
electrones a los elementos electronegativos (es decir, el metal pierde el electrón y el no
metal gana el electrón), produciéndose dos iones cargados con signo opuesto, un
catión (átomo de menor tamaño) y un anión (átomo de mayor tamaño).

El enlace se puede dar en cualquier dirección y el número de iones que rodea a otro
depende de la relación para mantener la neutralidad de cargas.

¿Qué factores influyen en la formación de un sólido iónico?

a) Carga: necesidad de preservar la neutralidad eléctrica.
b) Radios de los iones: espacio físico existente para rodearse entre sí.

Propiedades:
1) Sólidos a Tª ambiente (punto de fusión alto).
2) Gran dureza (resistencia a ser arañados).
3) No conductores de la electricidad en estado sólido.
4) Conductores en estado disuelto o fundido.
5) Frágiles.

→ Enlace covalente
Tiene lugar generalmente entre átomos que están muy próximos en la tabla periódica y
tienen poca diferencia de electronegatividad, o entre átomos del mismo elemento.

Los átomos no dan los electrones, sino que se comparten, generalmente electrones de los
orbitales "s" y "p", con otros átomos de manera que completen la configuración electrónica
de cada uno de ellos.

Un prerrequisito para la formación de un enlace covalente, es que cada átomo posea al

menos un orbital semiocupado, asimismo existe la restricción de que los electrones
compartidos tengan distinto spin. Cuanto más se superpongan los orbitales de la unión, más
disminuirá la energía, y por tanto la unión será más fuerte.

​En función del número de electrones en la capa de valencia, se tendrán estructuras

diferentes.
● Grupo IV → +4 enlaces, estructura espacial
● Grupo V → +3 enlaces, estructura espacial
● Grupo VI → +2 enlaces, forma cadenas
● Grupo VII → +1 enlace, forma moléculas diatómicas

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Ciencia e Ingeniería de Mate...
Banco de apuntes de la
 Propiedades:
1) Energías de enlace altas (resistencia y punto de fusión alto)
2) Malos conductores ya que sus electrones están fuertemente ligados.
3) No solubles.
4) Frágiles → Direccionalidad del enlace.

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Enlaces de carácter direccional (características)
● Electrones no compartidos con el resto de parejas de átomos.
● Unión fuerte, con baja ductilidad y conductividad
● La repulsión entre pares de electrones busca máxima simetría.
● Al compartir electrones, la energía global de los átomos disminuye.
● Cada orbital atómico, forma dos orbitales moleculares al enlazarse: Enlazante y
Antienlazante.
● El orbital enlazante, de menor energía, es el que se llena primero.
● A mayor número de electrones en orbitales enlazantes produce una mayor fuerza de
enlace entre los átomos.

→ Enlace metálico
Este enlace se produce cuando los átomos ceden sus electrones y pasan a formar parte de
una gran nube electrónica que amalgama los núcleos de los átomos de los metales (iones
positivos), la unión se debe a la atracción electrostática entre los iones formados y dicha
nube electrónica.

En este enlace no hay restricciones de pares de electrones como en el enlace covalente, ni

neutralidad de carga como en el enlace iónico, no perteneciendo los electrones a ningún
átomo en concreto compartiéndose con todos, teniendo una movilidad electrónica muy
grande.

Esta forma difusa de unión es la responsable de la gran deformabilidad de los metales. En

general cuanto menor sea el número de electrones de valencia (electrones de la última
capa) de un átomo y más libremente se hayan ligado los electrones, más metálica será la
unión.

La capacidad de deformarse plásticamente es de las principales características de los

metales. Se debe a la posibilidad de los átomos para moverse a nuevas posiciones y
equilibrar fuerzas externas.

Propiedades:
● Tienen densidades elevadas
● Tienen en general altos puntos de fusión
● Son buenos conductores térmicos y eléctricos
● Dúctiles y maleables debido a que no existen enlaces con una dirección
determinada.

B) ENLACES SECUNDARIOS
Relativamente débiles en comparación con los primarios, se producen como consecuencia
de la atracción entre dipolos (δ + - δ - ) de átomos o moléculas.

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 1) Dipolos instantáneos
Consecuencia de la distribución asimétrica de las cargas electrónicas. En determinados
momentos, existirá mayor carga negativa en un lado del átomo que en otro.

2) Dipolos permanentes
El oxígeno atrae más fuerte a los electrones del H. En el caso de la molécula del agua, los
centros de los hidrógenos están cargados positivamente y los del oxígeno negativamente.

En resumen…

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