Estructura atómica de los materiales

Autor: Kleyson Peña

Estructura Atómica Para comprender el enlace

atómico es preciso conocer previamente la estructura interna de los átomos individuales. Para ello es suficiente emplear un modelo planetario de la estructura atómica.

En realidad el núcleo es mucho más pequeño, aun cuando contiene casi toda la masa del átomo. Cada protón o neutrón tiene una masa de aproximadamente 1.66 x 10" g. Este valor se conoce como unidad de masa atómica (urna).

También resulta conveniente indicar que existen 0.6023 x 1024 urna por gramo. Este valor tan elevado, conocido como número de Avogadro1, representa el número de protones o de neutrones que se necesitan para producir una masa de 1 gramo.

El enlace iónico El enlace iónico es el resultado de unatransferencia de electrones desde un átomo a

otro.

En la Figura se muestra un enlace iónico entre el sodio y el cloro.

Es importante destacar que el enlace iónico es no direccional. Un catión N a+ cargado positivamente atrae por igual en todas las direcciones a cualquier anión C l- adyacente. En la Figura está representado cómo se agrupan los iones N a+ y C l- en el cloruro de sodio sólido (sal gema).

Esta expresión implica que los dos iones sean esferas rígidas, que se

tocan en un único punto. En la Sección

se hizo notar que, aunque los orbitales

electrónicos se representan como partículas en órbita situadas en un radio

fijo, la carga electró nica se halla comprendida

en un intervalo de radios. Esto es válido tanto para los átomos neutros como para los

iones.

El enlace covalente Es altamente direccional. El nombre covalente procede de la

compartición de los electrones de valencia entre dos átomos adyacentes. Los electrones de valencia son aquellos electrones situados en los orbitales electrónicos extremos que forman parte del enlace

El enlace metálico El enlace metálico, existe una distribución compartida de

electrones y es no direccional. En este caso, se dice que los electrones de valencia son electrones deslocalizados, esto es, que la probabilidad de que estén asociados a uno cualquiera de un gran número de átomos adyacentes es la misma.

El enlace secundario o de Van Der Waals Este tipo de enlace se denomina

enlace secundario, o enlace de Van Der Waals. El mecanismo del enlace secundario es algo similar al del enlace iónico (esto es, la atracción de cargas opuestas).

La diferencia clave es que no hay transferencia de electrones6. La atracción depende de las distribuciones asimétricas de carga positiva y negativa dentro de cada átomo o molécula que interviene en el enlace. Tal asimetría de carga se conoce como dipolo. E x i s t e n dos tipos de enlaces secundarios, en función de que la asimetría de carga sea (1) transitoria o (2) permanente.

Materiales: Clasificación en función del tipo de enlace

La estructura cristalina La estructura física de los sólidos es

consecuencia de la disposición de los átomos, moléculas o iones en el espacio, así como de las fuerzas de interconexión de las partículas:

• Estado amorfo: Las partículas componentes del sólido se agrupan al azar. • Estado cristalino: Los átomos (moléculas o iones) que componen el sólido se disponen según un orden regular. Las partículas se sitúan ocupando los nudos o puntos singulares de una red espacial geométrica tridimensional.

Según el tipo de enlace atómico, los cristales pueden ser de tres tipos:

a) Cristales iónicos: punto de fusión elevado, duros y muy frágiles, conductividad eléctrica baja y presentan cierta elasticidad. Ejemplo: NaCl (sal común)

b) Cristales covalentes: Gran dureza y elevada temperatura de fusión. Suelen ser transparentes quebradizos y malos conductores de la electricidad. No sufren deformación plástica (es decir, al intentar deformarlos se fracturan). Ejemplo: Diamante

c) Cristales metálicos: Opacos y buenos conductores térmicos y eléctricos. No son tan duros como los anteriores, aunque si maleables y dúctiles. Hierro, estaño, cobre.

Hierro Estaño Cobre

Según la posición de los átomos en los vértices de la celda unitaria de la red

a) Redes cúbicas sencillas: Los átomos ocupan sólo los vértices de la celda unidad.

b) Redes cúbicas centradas en el cuerpo (BCC): Los átomos, además de ocupar los vértices, ocupan el centro de la celda. En este caso cristalizan el hierro y el cromo.

c) Redes cúbicas centradas en las caras (FCC): Los átomos, además de ocupar los vértices, ocupan el centro de cada cara de la celda. Cristalizan en este tipo de redes el oro, cobre, aluminio, plata.

d) Redes h e x a g o n a l e s compactas (HC): La celda unitaria es un prisma h e x a g o n a l con átomos en los vértices y cuyas bases tiene un átomo en el centro. En el centro de la celda hay tres átomos más.

En este caso cristalizan metales como cinc, titanio y magnesio.