MT 2511 Tema 2 Estructura Atómica pdf

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(1)Universidad Simón Bolívar. TEMA 2:. Estructura Ató Atómica. 2.1 Estructura atómica. Enlaces atómicos y propiedades. 2.2 Enlaces primarios: iónico, covalente y metálicos. Enlaces secundarios. 2.3 Los enlaces en metales, cerámicas y polímeros. 2.4 Influencia sobre algunas propiedades de los materiales: temperatura de fusión, coeficiente de expansión térmica, conductividad térmica, conductividad eléctrica y módulo de rigidez (Módulo de Young)..

(2) Modelo del átomo de Born Universidad Simón Bolívar. Electrones n = número quá quántico 1 2 n=3 principal. Nivel de energí energía que ocupan los electrones. Núcleo:. Z = # protones = 1 para el hidró hidrógeno, hasta 94 para el plutonio N = # neutrones. Masa ató atómica A ≈ Z + N.

(3) Estados energé energéticos de los electrones Universidad Simón Bolívar. Los electrones que dan vueltas sobre sus propios ejes conforme giran alrededor del núcleo, están arreglados en capas definidas. • Tienen estados discretos de energí energía • Tienden a ocupar un estado de energí energía má más bajo Número Cuantico principal (n) (o también K,L,M,N,O..) Niveles de energía en cada capa cuantica esta determinada por número cuantico azimutal (l), (s,p,d,l) y numero cuantico magnetico ml Valencia cantidad de electrones en los niveles externos s y p.

(4) Estados energé energéticos de los electrones Universidad Simón Bolívar. Energía aumenta. A su vez cada capa es subdividida en estados o niveles de energía. 4f n=4 4s n=3. 3s. n=2 n=1. 2s 1s. 4p 3p 2p. 4d 3d.

(5) Configuració Configuración estable de los electrones Universidad Simón Bolívar. • EL átomo tiene las subcapas s y p completas • Tiende a ser no reactivo. Z. Elemento. Configuración 1s 2. 2. He. 10. Ne. 18. Ar. 1s 2 2s 2 2p 6 1s 2 2s 2 2p 6 3 s 2 3 p 6. 36. Kr. 1s 2 2s 2 2p 6 3 s 2 3 p 6 3 d 10 4 s 2 4 p 6.

(6) Universidad Simón Bolívar. TABLA PERIODICA. LA PERIODICIDAD DE LOS ELEMENTOS ESTA BASADA EN ESTE SISTEMA DE GRUPOS OS NUMEROS ATOMICOS Y MASAS ATOMICAS ELEMENTALES, ORDENADOS EN GRUP QUIMICAMENTE SEMEJANTES (COLUMNAS VERTICALES). LOS ELEMENTOS ESTAN DISPUESTOS EN EL ORDEN CRECIENTE DE SU PESO ATOMICO, EL NUMERO DE PROTONES NUCLEARES AUMENTA EN EL MISMO ORDEN ORDEN Y COMO EL ATOMO DEBE SER ELECTRICAMENTE NEUTRO, EL NUMERO ATOMICO ES TAMBIEN IGUAL AL NUMERO DE ELECTRONES..

(7) TABLA PERIODICA Universidad Simón Bolívar. LOS ELEMENTOS QUE PRESENTAN SEMEJANZAS EN SUS PROPIEDADES QUIMICAS FUERON ORDENADOS EN LA MISMA COLUMNA O GRUPO. LOS ELEMENTOS EN CADA FILA AUMENTAN DE IZQUIERDA A DERECHA EN PESOS ATOMICOS CON POCAS EXCEPCIONES.. ISOTOPOS: ATOMOS DE UN MISMO ELEMENTO CON UN NUMERO DIFERENTE DE NEUTRONES. ES DECIR QUE SON ATOMOS DE PESO ATOMICO VARIABLE. EJM: El átomo de carbono tiene una masa de 12.011 uma debido a que no todos los átomos de carbono contienen (6) seis neutrones en su núcleo, ya que algunos contienen (7) siete. La diferente cantidad de neutrones identifica a los diferentes isótopos..

(8) Universidad Simón Bolívar. Enlaces ató atómicos Adaptado de Ciencia e Ingeniería de los Materiales. D. R. ASKELAND. Metá Metálico Covalente Iónico Secundario (puentes de hidró hidrógeno, Van Der Waals).

(9) Enlace metá metálico Universidad Simón Bolívar. •. Los átomos ceden sus electrones de valencia, creando una nube de electrones.. •. Los cuerpos centrales atómicos cargados positivamente quedan enlazados mediante la atracción mutua con los electrones libres, de carga negativa..

(10) Enlace covalente Universidad Simón Bolívar. © 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning™. • • • •. Los electrones son compartidos entre átomos Cada uno de los átomos llena su orbital externo sp. En el caso del silicio, con valencia de cuatro. deben formarse cuatro enlaces covalentes. Los enlaces covalentes son direccionales. En el caso del silicio se forma una estructura tetraédrica, con ángulos de 109.5" entre cada enlace..

(11) Enlace covalente Universidad Simón Bolívar 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning™. Estructura tetraédrica del sílice (SiO2), que contiene enlaces covalentes entre los átomos de silicio y de oxígeno..

(12) Universidad Simón Bolívar. Enlace ió iónico. •. Se crea entre dos átomos distintos con electronegatividades diferentes.. •. Uno de ellos puede donar sus electrones de valencia a un átomo distinto, llenando la capa energética externa del segundo átomo.. •. Ambos átomos tendrán su nivel de energía externo lleno (o vacío), y a la vez han adquirido una carga eléctrica y se comportan como iones. El átomo que cede los electrones queda con carga neta positiva y es un catió catión; el que acepta los electrones adquiere carga neta negativa y es un anió anión. Los iones de carga opuesta se atraen entonces el uno al otro y producen un enlace ió iónico.. • •. © 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning™.

(13) Enlaces secundarios Universidad Simón Bolívar. • El enlace de Van Der Waals se forma por la polarización de moléculas o de grupos de átomos. • Los átomos dentro de la molécula o grupo de átomos siguen unidos mediante fuertes enlaces covalentes o iónicos. • El enlace de hidró hidrógeno, ocurre cuando una de las regiones polarizadas está formada de átomos de hidrógeno..

(14) Universidad Simón Bolívar.

(15) Energí Energía de Enlace y Distancia Interató Interatómica Universidad Simón Bolívar. Energí Energía de Enlace: Enlace: Es la energí energía requerida para separar dos átomos desde su posició posición de equilibrio hasta el infinito Distancia Interató Interatómica: mica: Es la distancia entre centros ató atómicos, estando los átomos en posició posición de equilibrio Módulo de Elasticidad: Elasticidad: (E) es la pendiente de la curva esfuerzoesfuerzodeformació deformación, en la regió región elá elástica. Resistencia de cedencia: cedencia: Es el nivel de esfuerzo por encima del cual un material experimenta deformació deformación permanente. Coeficiente de Expansió Expansión Té Térmica: rmica: (CTE) Es el cambio de dimensiones que experimenta un material con un cambio de temperatura..

(16) Universidad Simón Bolívar. Energí Energía Potencial y Fuerza de Atracció Atracción vs Distancia Interató Interatómica.

(17) Energí Energía de Enlace y Distancia Interató Interatómica Universidad Simón Bolívar. Tipo de Enlace. Energí Energía de Enlace (Kcal./mol). Iónico. 150-370. Covalente. 125-300. Metálico. 25-200. Van der Waals. <10. 0. © 2003 Brooks/Cole Publishing / Thomson Learning™. Askeland D.R..

(18) Fuerza de enlace Ió Iónico Universidad Simón Bolívar. Fuerza de enlazamiento para el enlace ió iónico Fc=Fc=-K/a2 Fc Fuerza de atracció atracción electrostá electrostática K Cte K=ko(Z1q)(Z2q) Z es la valencia de cada uno de los iones q carga del electró electrón 0.16x100.16x10-18 C) Ko Cte de proporcionalidad 9x109 V.m/C a0= rNa+ +rClAskeland D.R..

(19) Universidad Simón Bolívar. Relació Relación entre Enlace ató atómico y Módulo de Elasticidad (E). Askeland D.R..

(20) Relació Relación entre Energí Energía Interató Interatómica y el Coeficiente de Expansió Expansión Té Térmica Lineal Universidad Simón Bolívar. α= (1/L)(dL/dT) L dimensiones del material en una dirección. Askeland D.R..

(21) Propiedades Universidad Simón Bolívar. •Baja conductividad eléctrica (Sólidos). Enlace iónico Cerámicas y vidrios. Transferencia de electrones y es adireccional. •Compuestos cristalinos. •Altos puntos de fusión y ebullición, por el fuerte enlace entre los iones.. (Metales Grupo I;II;III y no metales Grupo V,VI,VII). •No. Coordinación Bajo.. Enlace covalente Polímeros. (No metales, C,N,O,P,S,F,Cl). Enlace metálico (metales alto No. átomico). Distribución compartida de electrones y es altamente direccional. Comparten electrones deslocalizados generando un enlazamiento adireccional.. •Baja conductividad eléctrica •Temperaturas de fusión bajas •No son maleables ni dúctiles.. •No. Coordinación Alto. •Alta conductividad eléctrica y térmica •Alta maleabilidad y ductilidad.

(22) Ejemplo de Selecció Selección de Materiales Universidad Simón Bolívar. DISEÑ DISEÑO DEL BRAZO ROBÓ ROBÓTICO DE ESTACIÓ ESTACIÓN ESPACIAL Propiedades: Propiedades: Rigidez (Módulo de Elasticidad Alto), alta energía de enlace, alto punto de fusión. Material debe ser liviano.. Materiales candidatos: candidatos: Berilio, tungsteno, carbón Berilio tiene alto punto de fusió fusión, baja densidad Es cancerí cancerígeno. Tungsteno es pesado Carbó Carbón es frá frágil. Selecció Selección: Material Compuesto: Fibra de Carbó Carbón en Resina Epó Epóxica Brazo actual:45 actual:45 ft. Largox15 in. Diá Diámetro. 900 lb. Peso. Capacidad: 260 toneladas..

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