El átomo

O El átomo es un constituyente de la materia ordinaria, con propiedades químicasbien definidas, formado a su vez por constituyentes más elementales sinpropiedades químicas bien definidas. Cada elemento químico está formado porátomos del mismo tipo (con la misma estructura electrónica básica), y que no esposible dividir mediante procesos químicos.

O Actualmente se conoce que el átomo está compuesto por un núcleo atómico, en elque se concentra casi toda su masa, rodeado de una nube de electrones. Esto fuedescubierto a principios del siglo XX, ya que durante el siglo XIX se había pensadoque los átomos eran indivisibles, de ahí su nombre a-tómo- 'sin partes'. Pocodespués se descubrió que también el núcleo está formado por partes, como losprotones, con carga positiva, y neutrones, eléctricamente neutros. Los electrones,cargados negativamente, permanecen ligados a este mediante la fuerzaelectromagnética.

O Los átomos se clasifican de acuerdo al número de protones y neutrones quecontenga su núcleo. El número de protones o número atómico determina suelemento químico, y el número de neutrones determina su isótopo. Un átomo conel mismo número de protones que de electrones es eléctricamente neutro. Si por elcontrario posee un exceso de protones o de electrones, su carga neta es positiva onegativa, y se denomina ion.

Partículas subatómicas

A pesar de que átomo significa ‘indivisible’, en realidad está formado por varias partículas subatómicas.El átomo contiene protones, neutrones y electrones, con la excepción del hidrógeno-1, que no contieneneutrones, y del catión hidrógeno o hidrón, que no contiene electrones. Los protones y neutrones delátomo se denominan nucleones, por formar parte del núcleo atómico.

El electrón es la partícula más ligera de cuantas componen el átomo, con una masa de 9,11 · 10−31 kg.Tiene una carga eléctrica negativa, cuya magnitud se define como la carga eléctrica elemental, y seignora si posee subestructura, por lo que se lo considera una partícula elemental. Los protones tienenuna masa de 1,67 · 10−27 kg, 1836 veces la del electrón, y una carga positiva opuesta a la de este. Losneutrones tienen un masa de 1,69 · 10−27 kg, 1839 veces la del electrón, y no poseen carga eléctrica.Las masas de ambos nucleones son ligeramente inferiores dentro del núcleo, debido a la energíapotencial del mismo; y sus tamaños son similares, con un radio del orden de 8 · 10-16 m o 0,8fotómetros (fm).4

El protón y el neutrón no son partículas elementales, sino que constituyen un estado ligado de quarks uy d, partículas fundamentales recogidas en el modelo estándar de la física de partículas, con cargaseléctricas iguales a +2/3 y −1/3 respectivamente, respecto de la carga elemental. Un protón contienedos quarks u y un quark d, mientras que el neutrón contiene dos d y un u, en consonancia con la cargade ambos. Los quarks se mantienen unidos mediante la fuerza nuclear fuerte, mediada por gluones —del mismo modo que la fuerza electromagnética está mediada por fotones—. Además de estas, existenotras partículas subatómicas en el modelo estándar: más tipos de quarks, leptones cargados (similaresal electrón), etc.

El núcleo atómico

Los protones y neutrones de un átomo se encuentran ligados en el núcleo atómico, la parte central delmismo. El volumen del núcleo es aproximadamente proporcional al número total de nucleones, elnúmero másico A, lo cual es mucho menor que el tamaño del átomo, cuyo radio es del orden de 105 fmo 1 angstrom (Å). Los nucleones se mantienen unidos mediante la fuerza nuclear, que es mucho másintensa que la fuerza electromagnética a distancias cortas, lo cual permite vencer la repulsión eléctricaentre los protones.

Los átomos de un mismo elemento tienen el mismo número de protones, que se denomina númeroatómico y se representa por Z. Los átomos de un elemento dado pueden tener distinto número deneutrones: se dice entonces que son isótopos. Ambos números conjuntamente determinan el núclido.

El núcleo atómico puede verse alterado por procesos muy energéticos en comparación con lasreacciones químicas. Los núcleos inestables sufren desintegraciones que pueden cambiar su número deprotones y neutrones emitiendo radiación. Un núcleo pesado puede fisionarse en otros más ligeros enuna reacción nuclear o espontáneamente. Mediante una cantidad suficiente de energía, dos o másnúcleos pueden fusionarse en otro más pesado.

En átomos con número atómico bajo, los núcleos con una cantidad distinta de protones y neutronestienden a desintegrarse en núcleos con proporciones más parejas, más estables. Sin embargo, paravalores mayores del número atómico, la repulsión mutua de los protones requiere una proporciónmayor de neutrones para estabilizar el núcleo.

Estado Sólido

Cristalinos Amorfos

O Ordenamiento regular de los átomos a

corto y largo alcance.

O Atm o molec.: ⇒ posiciones reticulares.

O Enl: iónico, covalente o metálico, f. van der

Waals.

O Anisótropos (prop. = f (dirección)).

O Ptos de fusión definidos.

O No ∃ Ordenamiento regular de los átmos

a largo alcance.

O Atm o molec.: ⇒ posiciones reticulares

O Enl: iónico, covalente o metálico, f. van

der Waals

O Isótropos (=prop. cualquier dirección)

O Ptos de fusión no definidos

Estructuras Cristalinas: Alotropía-polimorfismo

La estructura cristalina es la forma sólida de cómo se ordenan y empaquetan los átomos, moléculas, o

iones. Estos son empaquetados de manera ordenada y con patrones de repetición que se extienden en

las tres dimensiones del espacio. La cristalografía es el estudio científico de los cristales y su formación.

El estado cristalino de la materia es el de mayor orden, es decir, donde las correlaciones internas son

mayores. Esto se refleja en sus propiedades antrópicas y discontinuas. Suelen aparecer como entidades

puras, homogéneas y con formas geométricas definidas (hábito) cuando están bien formados. No

obstante, su morfología externa no es suficiente para evaluar la denominada cristalinidad de un

material.

Solidos Cristalinos

Sistemas Cristalinos

Un sólido cristalino se construye a partir de la repetición en el espacio de una estructura

elemental paralelepipédica denominada celda unitaria. En función de los parámetros de red, es

decir, de las longitudes de los lados o ejes del paralelepípedo elemental y de los ángulos que

forman, se distinguen siete sistemas cristalinos:

Tipos de Celdilla Unidad

Se define como celda unitaria, la porción más simple de la estructura cristalina que al repetirse mediante traslación

reproduce todo el cristal. Todos los materiales cristalinos adoptan una distribución regular de átomos o iones en el

espacio.

Se trata de un arreglo espacial de átomos que se repite en el espacio tridimensional definiendo la estructura del

cristal. Se caracteriza por tres vectores que definen las tres direcciones independientes del sistema de coordenadas

de la celda. Esto se traduce en seis parámetros de red, que son los módulos, a, b y c, de los tres vectores, y los

ángulos \alpha, \beta y \gamma que forman entre sí. Estos tres vectores forman una base del espacio

tridimensional, de tal manera que las coordenadas de cada uno de los puntos de la red se pueden obtener a partir

de ellos por combinación lineal con los coeficientes enteros.

Redes de Bravais

En geometría y cristalografía las redes de Bravais son una disposición infinita de puntos discretos cuya

estructura es invariante bajo cierto grupo de traslaciones. En la mayoría de casos también se da una invariancia

bajo rotaciones o simetría rotacional. Estas propiedades hacen que desde todos los nodos de una red de

Bravais se tenga la misma perspectiva de la red. Se dice entonces que los puntos de una red de Bravais son

equivalentes.

Mediante teoría de grupos se ha demostrado que sólo existe una única red de Bravais unidimensional, 5 redes

bidimensionales y 14 modelos distintos de redes tridimensionales.

La red unidimensional es elemental siendo ésta una simple secuencia de nodos equidistantes entre sí. En dos o

tres dimensiones las cosas se complican más y la variabilidad de formas obliga a definir ciertas estructuras

patrón para trabajar cómodamente con las redes.