materiales i. Átomo de bohr Átomo de helio (he) electrón núcleo electrón
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Materiales I
Átomo de Bohr
Átomo de helio (He)
electrón
núcleo
electrón
Modelo de Bohr
Modelo cuántico
Modelo de Bohr Modelo cuántico
Orbital s (ℓ=0)
1 estado permitido con hasta 2 e-
Número de estados permitidos: 2 ℓ + 1 Máxima cantidad de electrones: 2 * n° de estados
Forma de los orbitales
Corte transversal
Orbital p (ℓ=1): 3 estados con 2 e- cada uno (6 e- en total)
Orbital p completo
Orbital d completo
Orbital d (ℓ=2): 5 estados con 2 e- cada uno (10 e- en total)
Orbital f (ℓ=3): 7 estados con 2 e- cada uno (14 e- en total)
vacío Carbono ( Z = 6 )
Los radios atómicos en la tabla periódica
aumenta el número de protones en el núcleo
aum
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ones
de
vale
ncia
Electronegatividad de Pauling
Electronegatividad creciente
Los cationes son siempre más pequeños que el átomo neutro ya que pierden los electrones de su última capa.
Los aniones son siempre más grandes que el átomo neutro ya que ganan electrones para completar su última capa.
Radios Iónicos
Enlaces Atómicos
H tiende aC tiende a N tiende aO tiende a
ganar 4 electronesganar 3 electronesganar 2 electrones
Capa externa (puede tener hasta 8 electrones)
1° capa (puede tener hasta 2 electrones)
ganar 1 electrón y pasa a configuración de He
y pasa a configuración de Ne
Los átomos tienden a ganar, perder o compartir electrones en su capa externa para quedar en configuración de gas noble
Enlace iónico
Enlace Iónico: Cloruro de Sodio NaCl
Entre átomos con electronegatividades muy diferentes
Enlace Iónico: Cloruro de Sodio NaCl
Entre átomos con electronegatividades muy diferentes
Reglas de Pauling para formar un compuesto iónico
Primera regla:
En la estructura, alrededor de cada catión, se forma un poliedro de aniones. Cada configuración es estable para una cierta relación entre los radios de los iones.
Cubo
OctaedroLineal
Triángular
Tetraedro
número de coordinación (radio catión/radio anión)
número de coordinación (radio catión/radio anión)
Segunda regla:
Para que la estructura sea estable, tiene que ser electricamente neutra. Definimos la fuerza de ligadura de un compuesto iónico como la carga del catión dividida el número de coordinación. La suma de todas las fuerzas de los enlaces que llegan a un anión desde los cationes que lo rodean debe ser igual a la carga del anión.
TiO2
El Ti (rojo) está con coordinación 6 y valencia 4. Cada enlace tiene una fuerza de 2/3.
Entonces, cada oxigeno tiene que estar ligado a 3 Ti.
Tercera regla:
Se refiere a como se conectan los poliedros en la estructura. La separación entre los cationes disminuye sucesivamente si los poliedros se conectan por una esquina, por un lado o por una cara. Al disminuir la distancia, se acortan los lados y aumenta la energía de repulsión.
Algunas estructuras sencillas:
Comparten ladosComparten vértices Comparten caras en las columnas
Cuarta regla:
En una estructura cristalina con diferentes cationes, aquellos de mayor valencia y bajo número de coordinación tienden a no compartir caras entre sí (la repulsión entre un par de cationes aumenta como el cuadrado de su carga y la separación entre cationes disminuye a medida que el número de coordinación decrece).
Perovskita CaTiO3
Poliédros de CaO12 comparten caras
Octaédros de TiO6 comparten solo vértices
Quinta regla:
El número de elementos de diferente constitución que componen una estructura cristalina tiende a ser pequeño (es difícil lograr un empaquetamiento eficiente de poliédros de diferentes tamaños).
Pero esta regla es la que menos se cumple…
Celda unidad del Bi-2212
Estructura cristalina Constante de MadelungNaCl 1.748CsCl 1.763Zinc blend 1.638Wurtzite 1.641Fluorite 2.519Rutile 2.408
Enlace covalente
Enlace entre dos no metales: Metano CH4
Molécula de hidrógeno (H2)
Polímeros: polietileno
Enlace entre átomos idénticos:
Diamante (C-C)
Entre átomos con electronegatividades similares
enlace covalentedireccional
enlace iónicono direccional
comparten electrones
se transfiere un electrón
átomos átomos
molécula ión positivo (catión)
ión negativo (anión)
Enlaces mixtos covalentes e iónicos
Enlaces covalentes
Enlaces iónicos
Todos los elementos del grupo IA y IIA y todos los metales
• Aunque los átomos sean electricamente NEUTROS, como los electrones están en constante movimiento pueden formar MOMENTANEAMENTE pequeños DIPOLOS eléctrico.
La dirección y magnitud de este dipolo fluctúa CONSTANTEMENTE, pero puede INDUCIR dipolos fluctuantes similares en otros átomos.
+e -e
Un dipolo consisteen dos cargas iguales y opuestas
separadas cierta distancia
Un dipolo eléctrico se puede formar en forma espontánea en un átomo neutro debido al
movimiento de los electrones alrededor del núcleo
+ -
DIPOLE
FORMS
Polarización: enlace Van der Waals
Esta interacción DÉBIL entre dipolos es el origen de los enlaces del tipo Van der Waals. Se caracterizan por una ENERGÍA de cohesión BAJA y bajas temperatura de fusión.
La formación de un dipolo espontáneo en un átomo induce un dipolo igual y opuesto en otro átomo vecino causando que se atraigan. Esto es el enlace Van der Waals
Polarización: enlace Van der Waals
En los planos, los 3 átomos de carbono están ligado con un enlace covalente.
La ligadura entre capas es más débil (Van der Waals)
El H del HCL es ligeramente positivo y el Cl ligeramente negativo y por eso se atraen entre moléculas.
Puente de hidrógeno: Otro tipo de enlace se observa en moléculas POLARES, que tienen un momento dipolar PERMANENTE.
Enlace de puente de hidrogeno
Enlace entre moléculas de agua
Cuando un átomo de H en enlace covalente se junta con otro átomo muy electronegativo.
Mas débil que el enlace iónico o covalente pero más fuerte que el Van der Waals
Hay que ver cuanta fuerza/energía se necesita para desplazar los átomos de su posición de equilibrio en el cristal.
Hay que ver cuanta fuerza/energía se necesita para desplazar los átomos de su posición de equilibrio en el cristal.
Dureza y expansión
térmica
Dureza y expansión
térmica
Los electrones se tienen que poder mover libremente por el material, o sea no estar fuertemente ligados al enlace.
Los electrones se tienen que poder mover libremente por el material, o sea no estar fuertemente ligados al enlace.
Conductividad eléctrica
Conductividad eléctrica
Para que el sólido pase al estado líquido se tienen que romper los enlaces por la energía térmica. Alta energía de cohesión implica alta temperatura de fusión.
Para que el sólido pase al estado líquido se tienen que romper los enlaces por la energía térmica. Alta energía de cohesión implica alta temperatura de fusión.
Temperaturade fusión
Temperaturade fusión
ExplicaciónExplicaciónPropiedadPropiedad
Propiedades
Propiedades
EnlacesIónico covalente metálico Van der Waals
Estructurales Alta coordinación
No-direccional
Baja coordinación
Direccional
Alta coordinación
No-direccional
Alta coordinación
No-direccional
Mecánicas
Fuerte
cristales duros y frágiles
Fuerte
cristales muy duros
Fuerza variable
Maleabilidad
Débil
cristales blandos y frágiles
Eléctricas
Aislantes
(conducción iónica a alta temperatura)
Superconductores de alta Tc
Aislantes en estado sólido y líquido
ó semiconductores
Conductores Aislantes
Térmicas
Alta Temperatura de Fusión
Bajo coeficiente expansión
Muy Alta Temperatura de
Fusión
Bajo coeficiente expansión
Temperatura de Fusión variable
Alta conducción térmica
Baja Temperatura de Fusión
Alto coeficiente de expansión térmica