Propiedades, Estructura Atómica y Tabla Periódica: Conceptos Clave de los Materiales

Clasificación de las Propiedades de los Materiales

Las propiedades de los materiales se clasifican en las siguientes categorías:

• Mecánicas: Se relacionan con el comportamiento de los materiales cuando se aplican fuerzas sobre ellos.
• Eléctricas: Describen la capacidad de un material para conducir la corriente eléctrica.
• Ópticas: Se refieren a la reacción de un material cuando la luz incide sobre él.
• Magnéticas: Indican la capacidad que tiene un material ferroso para ser atraído por un imán.
• Térmicas: Describen el comportamiento de un material frente al calor. Existen materiales aislantes que evitan que el calor los atraviese con facilidad.
• Químicas: Una de las más importantes es la relativa a la oxidación y la corrosión.

Tipos de Solicitaciones en Materiales

Los materiales pueden estar sometidos a diferentes tipos de solicitaciones:

• Tracción: Fuerza que tiende a alargar un objeto y actúa de manera perpendicular a la superficie que lo sujeta.
• Compresión: Fuerza que tiende a acortar un objeto y actúa perpendicular a la superficie sujeta.
• Flexión: Fuerza paralela a la superficie de fijación que tiende a curvar el objeto.
• Torsión: La fuerza tiende a retorcer el objeto. Las fuerzas actúan paralelas a las superficies de fijación.
• Cortadura: Fuerza paralela a la superficie que se rompe y pasa por ella.
• Pandeo: Es similar a la compresión, pero se da en objetos con poca sección y gran longitud. La pieza se pandea.

Número Atómico

El número atómico representa el número de protones en el núcleo de un átomo y caracteriza al elemento químico.

Diferencias entre los Modelos Atómicos de Thompson y Rutherford

• Modelo de Thompson: Propuso que el átomo era una esfera de materia cargada positivamente, en cuyo interior estaban incrustados los electrones.
• Modelo de Rutherford: Estableció que el átomo debía estar formado por una corteza con los electrones girando alrededor de un núcleo central cargado positivamente.

Modelo Atómico

El átomo está compuesto por un núcleo, alrededor del cual orbitan los electrones en niveles de energía o capas. Las capas más altas corresponden con los niveles de energía más altos. Hay cuatro tipos de orbitales (s, p, d y f). El orbital "s" tiene forma esférica y puede contener un máximo de 2 electrones. El orbital "p" puede tener un máximo de 6 electrones. El orbital "d" tiene un máximo de 10 electrones y el orbital "f" tiene un máximo de 14 electrones.

Masa Atómica

La masa atómica relativa de un elemento es la masa en gramos de 6.02 x 10²³ átomos (número de Avogadro, N_A). Representa el número total de partículas que hay en el núcleo e indica la masa aproximada del átomo.

Isótopos

Los isótopos son átomos de un mismo elemento que tienen el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones.

Carga de las Partículas Elementales

• Protón: Carga positiva (+1.6 x 10^-19 coulombs).
• Electrón: Carga negativa (-1.6 x 10^-19 coulombs).
• Neutrón: No posee carga eléctrica.

Comportamiento de los Electrones en el Átomo

Los electrones orbitan alrededor del núcleo en espacios llamados orbitales, que se agrupan por niveles de energía.

Movimiento de Electrones entre Niveles de Energía

El salto de un electrón de un nivel cuántico a otro implica la emisión o absorción de un único cuanto de luz (fotón), cuya energía corresponde a la diferencia de energía entre ambas órbitas.

Orbital Atómico

Los orbitales atómicos son las regiones alrededor del núcleo donde existe una alta probabilidad de encontrar a los electrones. Se mueven irregularmente y se agrupan por niveles de energía. Existen cuatro tipos de orbitales: s, p, d y f.

Configuración Electrónica de un Elemento

La configuración electrónica es el modo en el cual los electrones están ordenados en un átomo, y permite determinar los electrones de valencia.

Regla de Hund

La regla de Hund establece que los electrones con el mismo espín deben ocupar todos los orbitales que tienen igual energía, antes de que electrones adicionales con espines opuestos puedan ocupar los mismos orbitales.

Importancia de la Última Capa Electrónica

La última capa electrónica determina los electrones de valencia, propiedad que se obtiene de la configuración electrónica de dicha capa.

Tabla Periódica de los Elementos

La tabla periódica es una ordenación de los elementos químicos en disposición creciente del número atómico (Z), que pone de relieve la periodicidad del comportamiento químico. Es decir, que pasando un determinado número de elementos se vuelve a encontrar uno con propiedades químicas semejantes.