Fundamentos Esenciales de la Estructura Atómica y Enlaces Químicos

La Estructura Fundamental del Átomo

Los átomos están constituidos por tres partículas subatómicas principales: protones, neutrones y electrones.

Dimensiones Atómicas y Nucleares

• El núcleo del átomo tiene un diámetro del orden de 10^-14 m.
• El diámetro total del átomo es significativamente mayor, del orden de 10^-10 m.

Características de las Partículas Subatómicas

• Protón: Posee una masa de 1.673 x 10^-24 g y una unidad de carga positiva de +1.602 x 10^-19 culombios (C).
• Neutrón: Tiene una masa de 1.675 x 10^-24 g y carece de carga eléctrica (es neutro).
• Electrón: Presenta una masa relativamente pequeña de 9.109 x 10^-28 g y una unidad de carga negativa de -1.602 x 10^-19 C (igual en valor absoluto, pero de signo contrario a la del protón).

Número Atómico y Masa Atómica

El número atómico (Z) de un átomo indica el número de protones (partículas positivamente cargadas) que residen en su núcleo. Este número define la identidad de un elemento químico.

Los números atómicos de los elementos varían desde el hidrógeno, con un número atómico de 1, hasta elementos más pesados como el hahnio (actualmente conocido como Dubnio), con un número atómico de 105.

La masa atómica relativa de un elemento se define como la masa en gramos de 6.023 x 10²³ átomos (el número de Avogadro, N_A) de dicho elemento. La masa atómica de los elementos, generalmente del 1 al 105, se encuentra localizada en la parte inferior de los símbolos atómicos en la tabla periódica.

Propiedades de los Materiales: Polimorfismo, Alotropía, Anisotropía e Isotropía

Polimorfismo

Polimorfismo: Fenómeno en el cual un sólido (metálico o no metálico) puede presentar más de una estructura cristalina, dependiendo de las condiciones de temperatura y presión a las que esté sometido.

Alotropía

Alotropía: Es un caso particular de polimorfismo que se observa en elementos puros. Un ejemplo clásico son el diamante y el grafito, ambos constituidos por átomos de carbono organizados en diferentes estructuras cristalinas, lo que les confiere propiedades físicas muy distintas.

Anisotropía

Anisotropía: Característica de un material cuyas propiedades físicas (como la conductividad eléctrica, la resistencia mecánica o el índice de refracción) dependen de la dirección en que son medidas.

Isotropía

Isotropía: Característica de un material cuyas propiedades físicas no dependen de la dirección en que son medidas, presentando un comportamiento uniforme en todas las direcciones.

Enlaces Químicos: La Unión entre Átomos

Un enlace químico es la fuerza de unión que mantiene unidos a los átomos en un compuesto. La actividad química de los elementos radica en su tendencia a adquirir, mediante su unión con otros átomos, la configuración electrónica de un gas noble (generalmente ocho electrones en la capa más externa, salvo el helio, que solo tiene dos), lo que les confiere una gran estabilidad.

Tipos Principales de Enlaces Químicos

Enlace Iónico

El enlace iónico se caracteriza por:

• Una fuerte atracción electrostática entre dos iones de carga opuesta.
• Ser un enlace no direccional.
• La transferencia de electrones de un átomo a otro.

Este tipo de enlace se suele producir entre un no metal (generalmente electronegativo) y un metal (generalmente electropositivo), donde es necesario que uno de los elementos pueda ceder electrones y el otro aceptarlos. Se denomina índice de coordinación al número de iones de signo contrario que rodea a un ion determinado en una red cristalina.

Enlace Covalente

El enlace covalente se distingue por:

• La compartición de electrones entre átomos, en lugar de una transferencia.
• La ausencia de una atracción electrostática iónica directa.
• La unión resultante es altamente direccional, lo que influye en la geometría molecular.

Enlace Metálico

El enlace metálico es característico de los elementos metálicos y se describe por:

• Los elementos metálicos sin combinar forman redes cristalinas con un elevado índice de coordinación.
• La compartición de electrones, pero de una manera deslocalizada.
• Ser un enlace no direccional.
• Los electrones de valencia forman una "nube" o "mar de electrones" que se mueve libremente a través de la estructura, manteniendo unido al conjunto de iones metálicos positivos.