Niveles de estructura de un material: a) Estructura atómica b) Ordenamiento atómico c) Estructura granular d) Estructura multifásica
a) Modelo atómico de Bohr - los electrones giran en orbitales con energías discretas (números cuáticos)
b) Modelo Modelo atómico atómico de la mecánica ondulatoria - la posición de un electrón se describe como la probabilidad de encontrarlo en una zona alrededor del núcleo
Interacción de los electrones de valencia (N° electrones del último cuántico principal)
(transferencia de electrones de valencia) + + ++ = Ejemplos: Na Cl , K Cl , Ca O
b) (compartimiento de electrones) Ejemplos: SiO4, Diamante, metano (CH4), H2O
electrones compartidos
Dependiendo del tipo de elemento y N° de electrones compartidos es la energía y longitud del enlace.
c) (los electrones de valencia son compartidos por todos los átomos)
núcleo y electrones de valencia
electrones libres (conductividad eléctrica)
d) (atracción electrostática entre dipolos) Ejemplo: gases nobles (8 electrones último principal, estabilidad atómica)
T° altas: monoatómicos (vibración térmica)
T° bajas: atracción débil (dipolos)
Ejemplo: agua
Influencia del tipo de enlace atómico en las propiedades eléctricas
conductor aislante semiconductor
Dos átomos están en equilibrio si:
→
La suma de las fuerzas que actúan = 0
La energía potencial neta pasa por un mínimo →
Ejemplo: enlace iónico
Z: N° cargas por punto -19
e = 1,6 x 10 coulomb
n y b = constantes
FA = FR → dE/dx = 0
Distancia interatómica = f
radios atómicos radios iónicos temperatura
Al ceder más elect. → tamaño iónico menor → dist. interatómica menor
A mayor elect. compartidos → dist. interatómica menor → mayor E
Ejemplos: Etano (C2H6) → etileno (C2H4) +2 Radio atómico del Fe = 0,124 nm.→ radio iónico Fe = 0,074 nm → radio iónico Fe+3 = 0,064 nm
a) átomos de igual radio; b) átomos de diferente radio
Si
rigidez o resistencia del material a la deformación
entonces
Rigidez:
Si el alargamiento es pequeño, S es constante e igual a:
Recordar que:
Si:
⇒ el esfuerzo para tratar de separar 2 planos en la distancia (r – r0) es:
N=
2 Nºenlaces/r0 Nº
de enlaces/unidad de área
Si el desplazamiento es (r – r0) y la deformación es
⇒
Propiedades eléctricas = f (estructura electrónica) Propiedades mecánicas = f(acomodamiento atómico)
Acomodamiento atómico del carbón:
Arreglos atómicos: a) amorfo b) molecular d) cristalino c) ordenamiento de corto alcance
carboncillo (amorfo) grafito (red hexagonal) diamante (estructura compacta)
Sin ningún ordenamiento atómico
Malas propiedades mecánicas
Gas: PV = nRT (n = N° de moles, R = 8,3144 J/molK)
Ejemplos: carboncillo, metales al estado líquido, etc.
Basado en las moléculas (grupo de átomos con número limitado de ellos)
Enlaces covalentes fuertes, y entre moléculas enlaces débiles
Bajo punto de fusión y ebullición
Ejemplos:
Representación de las moléculas
Etileno
a) convencional
b) pares de electrones
c) tridimensional
Moléculas de alto peso molecular, construidas por repeticiones de unidades pequeñas ()
PVC (cloruro de polivinilo)
H
H
H
H
H
Cl
H
Cl
H
H
H
C C C C C C C C H
Cl
H
Cl
unidad monomérica
Catalizador + monómero → polímero R + etileno → polietileno
H
Clasificación de las moléculas poliméricas
Según características moleculares: •
Química (unidad monomérica iguales o diferentes): homopolímeros y copolímeros
•
Estructura: lineal, ramificada, entrecruzada y reticulada
•
Estados Isoméricos
Estructura: (polietileno, cloruro de polivinilo, poliestireno, etc.)
: (cloruro de polivinilo, poliestireno)
(epoxy)
Estados Isoméricos: a) Esteroisometría
b) Isoméricos Geométricos: unidades monoméricas con doble enlace entre C. Ejemplo: Isopropeno (C5H8) Cis Isopropeno (caucho)
Trans isopropeno (gutapercha)
• Cerámicos (enlaces iónicos) • Metales (enlaces metálicos) Ejemplo: NaCl Los iones (o átomos) son considerados como esferas. Vectores unitarios (a, b, c) Celda Unitaria
Ángulos interaxiales (α, β, γ )
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•
: (NC, ρ y FAA ó FEA)
R: radio atómico o iónico
Ejemplos:
n = N° efectivo de átomos por celda = 1 a = parámetro de red = 2R Vcu = vol. celda unitaria = a
3
3
= 8R
n=2 a = 4R/ √3 3
Vcu = a
n=4 a = 4R/ √2 3
Vcu = a
a) celda hexagonal b) celda rómbica
Representación hexagonal = 3 * representación rómbica Vcu (hexagonal) = 3 Vcu (rómbica) N° átomos por celda (hexagonal) = 3 * N° átomos rómbica
a = 2R c/a = 1,63 Vcu = (√3/2)a c 2
Datos estructuras cúbicas y hexagonal compacto
Enlace atómico: parcial o totalmente iónico Iones metálicos: cationes (ceden sus electrones, +), aniones (aceptan electrones, - ).
Igual número de cationes y aniones. Ejemplos: cloruro de sodio (NaCl), cloruro de cesio (CsCl), blenda (ZnS), óxido de calcio (CaO), etc.
Número de cationes distinto del número de aniones Ejemplos: fluorita (CaF2), UO2, ThO2, etc.
CaF2
Dos tipos de cationes (X y Z) y un anión (Y) Ejemplos: perouskita (BaTiO3), SrZrO3, SrSnO3, espinela (MgAl2O4, FeAl2O4). Perouskita (BaTiO3)
4+
Ti
2-
O
+2
Ba
•
Ordenamiento de cortos alcance -4 (combinación de tetrahedros SiO4 , en vez de celdas unitarias)
•
Materiales: suelos, rocas, arcillas, arenas
Silicato más simple: dióxido de silicio ó sílice
Uno, dos o tres de los átomos de oxígeno del tetraedro son compartidos por otros tetraedros. 466 Ejemplos: SiO4 , Si2O7 , Si3O9 , etc. 2+ 2+ 3+ Cationes, como Ca , Mg y Al , compensan las cargas negativas de los 4tetraedros SiO4 de manera que alcancen la neutralidad y sirven de enlace 4iónico entre los tetraedros SiO4 . Estructuras de iones de 4Silicatos formados a partir de SiO4
Sólido no cristalino, con un alto grado de distribución al azar. Vidrios inorgánicos comunes (recipientes, ventanas, etc.): vidrios de sílice + 2+ más óxidos (CaO y Na2O). Los cationes (Na , Ca ) enlazan los tetraedros, dando forma a una estructura vítrea, más probable que una cristalina. Representación de un vidrio de sílice con sodio.
•
Metales y cerámicos
n = Nº efectivos de átomos por celda A = peso atómico Vcu = volumen celda unitaria
•
Polímeros
Son de menor densidad ya que principalmente están formados por C, H y O, y cuyas estructuras no son compactas.
Materiales compuestos
Su densidad es función de la matriz y de la fase dispersa
