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1. Describa El modelo atómico actual
2. Describa los cuatro números cuánticos e indique sus valores permitidos
3. ¿Cuáles de las siguientes combinaciones de números cuánticos no están permitidas? Explique su respuesta
a) n = 3, l = 0, ml=0
b) n = 3, l = 1, ml=1
c) n = 4, l = 4, ml=0
4. Escriba la configuración electrónica de los siguientes elementos usando la notación spdf, Fe,Cr,Si, Sn; de los elementos que se le dan a continuación diga entre cuales es más probable que ocurra algún enlace, especifique el tipo y explique por qué.
5. Explique la diferencia entre los tres principales mecanismos de formación de enlaces compare la ductilidad relativa, los módulos de resistencia de materiales con cada uno de estos enlaces su conductividad eléctrica y su punto de fusión
6. Dibuje (a) el plano (01 1) en la estructura CCC y el plano (111) en la CC. Determine la densidad planar y la densidad lineal en la dirección l111l y l101l, respectivamente
7. ¿Cuáles son los índices del plano que pasa por las coordenadas:
· ½ , ½, 0; 1,0,0 y 0,0, ⅔
· ½ , ½, 0; 1,0,1 y 0,1,⅝
8. ¿Cuáles son los índices de las direcciones y de los planos mostrados en los cubos unitarios?
9 . Los resultados de un experimento de difracción de Rayos X con λ= 0,7107 A muestra que ocurren picos con los siguientes ángulos 2θ: 20,20 - 28,72 – 35,36 – 41,07 – 46,19 – 50,90 – 55,28 – 59,42. Determine estructura cristalina, los í ndices para cada plano y el parámetro de Red del material.
10. El Niobio tiene una estructura cristalina BCC. Si el ángulo de difracción es de 75,99°(difracción de primer orden) para el conjunto de planos (211) cuando se emplea una radiación X monocromática de una longitud de onda de0,1659nm, Calcule (a)la distancia interplanar de este conjunto de planos y (b)el radio atómico del átomo de niobio.
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1. Determine la concentración de vacancias por metro cúbico en el equilibrio en aluminio puro a 550ºC Suponga que la energía de formación en el aluminio es de 0,76eV. ¿Cuál es la fracción de vacantes a 600 ºC.? 1pto
2. El coeficiente de difusión para el Zinc en el Cobre es de 1,4 x 10-17 cm2/s a 300ºC y de 8,0 x 10-12cm2/s a 600ºC. Determine
a) La energía de activación Q
b) La constante de Difusión D0.para el Zinc en el Cobre. 1pto.
3. Un acero que contiene 0,4 % de C es expuesto a una atmósfera oxidante que contiene 0 % de C, pero mucho oxígeno. En este caso se difunde el carbono del acero CC a la superficie. (Fenómeno conocido como descarburización) ¿Cuál será el porcentaje de carbono en un punto a 0,2 cm debajo de la superficie si el acero se mantiene por 10h a 900ºC? 1,5ptos
4. Un cristal de Silicio de 0,05 cm de espesor contiene dos átomos de Galio por cada 107 átomos de Silicio en una superficie. La otra superficie es tratada para producir una mayor concentración de Galio. ¿Cuántos átomos de Galio por cada 107 átomos de Si debe haber en esta superficie para producir un gradiente de concentración de -2 x 1018 átomos /cm3 * cm? El parámetro de red del Si es a= 5,407Å 1,5ptos
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1- Defina: a) Número atómico; b) Unidad de masa atómica; c) número de Avogadro, y d) masa atómica relativa.
2 -¿Cuántos átomos hay en un gramo de Oro?
3- ¿Cuál es la masa en gramos de un átomo de molibdeno?
4- Describa el modelo de Bohr del átomo de hidrógeno¿ cuáles son las inexactitudes más importantes de este modelo?
5- Describa los cuatro números cuánticos y de sus valores permitidos
6- Escriba la configuración electrónica de los siguientes elementos, usando la notación spdf: a) Ytrio; b) hafnio; c) samario, y d) renio.
7- Defina el término Electronegatividad.
8- Describa brevemente los siguientes tipos de enlace: a) iónico; b) covalente, y c) metálico.
9- En general ¿por qué se produce el enlace entre átomos?
10- ¿Cómo pueden explicarse las altas conductividades eléctricas y térmicas de metales por el modelo del gas de electrones del enlace metálico?
11- Determine el número atómico del elemento cuyo conjunto de valores cuánticos para el electrón más externo es: n= 4; l= 1; m=0; s= ½.
12- Defina a)sólido cristalino y b) sólido amorfo
13- ¿Cuáles son las catorce redes de Bravais?
14- ¿Cuál es el número de coordinación para los átomos de la estructura cristalina FCC? (represéntelos gráficamente)
15- El Litio a 20ºC es BCC y tiene un radio atómico de 0,35092 nm. Calcule el valor del radio atómico del Litio en nanómetros
16- ¿Cuántos átomos por celda hay en una estructura FCC? (represéntelos gráficamente)
17- Dibuje las siguientes direcciones en una celda unitaria BCC y enumere las coordenadas de posición de los átomos cuyos centro los corta el vector de dirección: a)[100] b)[110] c) [111]
18- Dibuje los vectores de dirección en cubos unidad para las siguientes direcciones
19- Dibuje en cubos unidad los planos cristalinos que tienen los siguientes índices
20- ¿Cuáles son los índices de Millar de los planos cristalográficos mostrados en la figura
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1. ¿Qué son defectos puntuales y como se generan?
2. Calcule el número de átomos en un núcleo de tamaño crítico para la nucleación homogénea del platino puro
3. Calcule el radio de los núcleos de tamaño crítico de hierro puro cuando tiene lugar una nucleación homogénea
4. ¿Cuáles son las condiciones más favorables para una solubilidad completa de un elemento en otro?
5. Utilizando los datos de la tabla que se le presenta, prediga el grado relativo de solubilidad de los siguientes elementos en aluminio: a) Cobre b) Manganeso c) Magnesio d) Zinc e) Silicio
| Elemento | Radio atómico (nm) | Estructura Cristalina | Elecronegatividad | Valencia |
| Aluminio | 0,143 | FCC | 1,5 | +3 |
| Cobre | 0,128 | FCC | 1,8 | +2 |
| Manganeso | 0,112 | Cúbica | 1,6 | +2+3+6+7 |
| Magnesio | 0,160 | HCP | 1,3 | +2 |
| Zinc | 0,133 | HCP | 1,7 | +2 |
| Silicio | 0,117 | Cúbica de Diamante | 1,8 | +4 |
6. Describa y dibuje los siguientes tipos de defectos que pueden presentarse en una red metálica: a) defecto de Frenkel y b) defecto de Schottky.
7. Calcule el número de vacantes en equilibrio por metro cúbico en el cobre puro a 850ºC . Considere que la energía de formación de una vacante en el cobre puro es de 1.10 eV ¿ Cuál es la fracción de vacantes a 700ºC ?
8. Describa los mecanismos de difusión sustitucional e intersticial en los metales sólidos
9. La superficie de un engranaje fabricado de acero 1022 (0,22% en peso de C) se carburiza a 927ºC . Calcule el tiempo necesario para incrementar el contenido a 0,30% en peso a 0,030 pulgadas por debajo de la superficie del engranaje. Suponga que el contenido de carbono en la superficie es de 1,20% en peso. D (C en hierro) a 927ºC =1,28 X 10-11 m2/s.
10. Se difunde fósforo en una gruesa capa de silicio sin previo contenido de fósforo a una temperatura de 1.100ºC. Si la concentración en la superficie es de 1x1018 átomos/cm3 y su concentración a una μm es de 1x1015 átomos/cm3. Cuánto tiempo a tardado en ello? D=3x10-13 cm2/seg para la difusión del fósforo en silicio a 1.100ºC. (Valor 5 pts )
11. Calcule el coeficiente de difusión en metros cuadrados por segundo de níquel en hierro FCC a 1.200ºC. Utilice Do=7,7x10-5 m2/s, Q=280 KJ/mol, R=8,314J/(mol ºK).1ºC + 273º = ºK ; 1 KJoul equivale a 103 Joul (Valor 5 pts )
12. Durante la carburización de un acero 1010 (Co = 0,10%) se introduce por la superficie 1,2 % cuando el hierro es fcc. El contenido de carbono es 0,90% a 0,016 cm por debajo de la superficie después de una hora. Calcular la temperatura de carburización. Coeficiente de difusión de carbono en el hierro fcc es de 2x10-7 cm2/s. (5 ptos)
11. Si se difunde aluminio en una oblea gruesa de silicio sin contenido previo de aluminio a la temperatura de 1100ºC durante 6 h ¿Cuál es la profundidad por debajo de la superficie en que la concentración es de 1016átomos/cm3 si la concentración en la superficie es de 1018átomos /cm3? D = 2x10-12cm2/s para la difusión del aluminio ensilicio a 1100ºC
12. Calcule la capacidad de difusión en m2/s para la difusión de Zinc en cobre a 350ºC . Utilice D0=3,4 x10-5 m2/s; Q = 191 kJ/(mol *K).
13. La superficie del acero puede endurecerse mediante la carburización. Durante un tratamiento de este tipo a 1000ºC hay una caída en la concentración de carbono de 5 a 4 por ciento(atómico) a una distancia de 1 a 2 mm de la superficie del acero. Estímese el flujo de los átomos de carbono en el acero en esa zona próxima a la superficie. ( la densidad del Fe - g a 1000ºC es de 7,63g/cm3.)
14. 
15. El hierro de un contenido de 0,05% de C se calienta hasta 912ºC en una atmosfera que produce 1,20% de C en la superficie y así se mantiene durante 24 horas. Calcule el contenido de carbono a 0,05 cm por debajo de la superficie si
a. El hierro es CC
b. El hierro es CCC
Explique la diferencia:
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- Defina (a) Una fase en un material (b) diagrama de fases
- ¿ Qué es un sistema de aleación isomorfa?
- Cuales son las cuatro reglas de Hume –Rothery para la solubilidad en el estado sólido de un elemento en otro
- Defina: (a) Aleación (b) compuesto intermetálico (c) mezcla mecánica (d) solubilidad
- Determine los grados de libertad en una aleación Cu-40% de Niquel a
a) Au-Ag
b) Al-Cu
c) Al-Au
d) U-W
e) Mo-Ta
f) Mg-Zn
- Problema 8.62 de Smith 3ra edición pag. 321
- En una aleación Pb-Sn que contiene el 64% de proeutéctico a y 36% de estético a+b a 183ºC+DT. Calcule la composición media de dicha aleación
- Determine (a) la solubilidad del estaño en el plomo sólido a
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El átomo es la porción más pequeña de la materia. Está conformado por tres partículas con cargas diferentes (positiva, negativa y neutra). Existen distintos tipos de átomos; cada uno de estos recibe el nombre de elemento químico.
Tiene un núcleo central en donde se encuentra la mayoría de la masa del átomo que está conformada por cargas positivas y neutras, los núcleos menos estables son los que contienen un número impar de neutrones y un número impar de protones .Alrededor del núcleo están distintos anillos llamados orbitas por los que giran las cargas negativas llamadas electrones.
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•Electrones: Es una partícula elemental con carga eléctrica negativa igual a 1,602 x 10-19 coulomb y masa igual a 9,1083 x 10-28 g, que se encuentra formando parte de los átomos de todos los elementos.
•Protones: Es una partícula elemental con carga eléctrica positiva igual a 1,602 x 10-19 coulomb y cuya masa es 1837 veces mayor que la del electrón , que se encuentra formando parte de los átomos de todos los elementos. Al número de protones se le llama Z o número atómico, y se corresponde con el número de orden en el sistema periódico.
•Neutrones: Es una partícula elemental eléctricamente neutra y masa ligeramente superior a la del protón, que se encuentra formando parte de los átomos de todos los elementos. Al número de neutrones se llama N. Siendo a su vez la masa atómica de un átomo la suma de los protones y de los neutrones.
Para un mismo elemento químico, el número de protones que tienen sus átomos en sus núcleos es el mismo, pero no el de neutrones, el cual puede variar. Se llaman Isótopos a los átomos de un mismo elemento químico que tienen el mismo número atómico pero distinto número de electrones.
Puede ocurrir que el átomo pierda o gane electrones, adquiriendo carga eléctrica neta y dando lugar a un ión:
•Si pierde electrones, adquiere carga eléctrica positiva y el ión se llama catión.
•Si gana electrones, adquiere carga eléctrica negativa y el ión se llama anión.
Distribución de los electrones en un átomo:
Cada orbita acepta una cantidad determinada de electrones, la 1ra orbita acepta 2, la segunda 8, la tercera 8, la cuarta 32 y así sucesivamente, a esto se le llama configuración electrónica.
Ejemplo:
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La teoría atómica comenzó hace miles de años como un concepto filosófico y fue en el siglo XIX cuando logro una extensa aceptación científica gracias a los descubrimientos en el campo de la estequiometria, Los químicos de la época creían que las unidades básicas de los elementos también eran las partículas fundamentales de la naturaleza y las llamaron átomos (De la palabra griega átomos que significa “indivisible”)
A continuación estudiaremos la evolución del átomo:
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Fue el primer modelo atómico con bases científicas, fue formulado en 1808 por John Dalton, quien imaginaba a los átomos como diminutas esferas.
Este primer modelo atómico postulaba:
•La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos, que son indivisibles y no se pueden destruir.
•Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen su propio peso y cualidades propias. Los átomos de los diferentes elementos tienen pesos diferentes.
•Los átomos permanecen sin división, aun cuando se combinen en las reacciones químicas.
•Los átomos, al combinarse para formar compuestos guardan relaciones simples.
•Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar más de un compuesto.
•Los compuestos químicos se forman al unirse átomos de dos o más elementos distintos.
Sin embargo desapareció ante el modelo de Thomson ya que no explica los rayos catódicos, la radioactividad ni la presencia de los electrones (e-) o protones(p+).
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Luego del descubrimiento del electrón en 1897 por Joseph John Thomson, se determinó que la materia se componía de dos partes, una negativa y una positiva. La parte negativa estaba constituida por electrones, los cuales se encontraban según este modelo inmersos en una masa de carga positiva a manera de pasas en un pastel (de la analogía del inglés plum-pudding model) o uvas en gelatina. Posteriormente Jean Perrin propuso un modelo modificado a partir del de Thompson donde las "pasas" (electrones) se situaban en la parte exterior del "pastel" (la carga positiva).
Para explicar la formación de iones, positivos y negativos, y la presencia de los electrones dentro de la estructura atómica, Thomson ideó un átomo parecido a un pastel de frutas. Una nube positiva que contenía las pequeñas partículas negativas (los electrones) suspendidos en ella. El número de cargas negativas era el adecuado para neutralizar la carga positiva. En el caso de que el átomo perdiera un electrón, la estructura quedaría positiva; y si ganaba, la carga final sería negativa. De esta forma, explicaba la formación de iones; pero dejó sin explicación la existencia de las otras radiaciones.
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Este modelo fue desarrollado por el físico Ernest Rutherford a partir de los resultados obtenidos en lo que hoy se conoce como el experimento de Rutherford en 1911. Representa un avance sobre el modelo de Thomson, ya que mantiene que el átomo se compone de una parte positiva y una negativa, sin embargo, a diferencia del anterior, postula que la parte positiva se concentra en un núcleo, el cual también contiene virtualmente toda la masa del átomo, mientras que los electrones se ubican en una corteza orbitando al núcleo en órbitas circulares o elípticas con un espacio vacío entre ellos. A pesar de ser un modelo obsoleto, es la percepción más común del átomo del público no científico.
Rutherford predijo la existencia del neutrón en el año 1920, por esa razón en el modelo anterior (Thomson), no se habla de éste.
Por desgracia, el modelo atómico de Rutherford presentaba varias incongruencias:
•Contradecía las leyes del electromagnetismo de James Clerk Maxwell, las cuales estaban muy comprobadas mediante datos experimentales. Según las leyes de Maxwell, una carga eléctrica en movimiento (en este caso el electrón) debería emitir energía constantemente en forma de radiación y llegaría un momento en que el electrón caería sobre el núcleo y la materia se destruiría. Todo ocurriría muy brevemente.
•No explicaba los espectros atómicos.
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Este modelo es estrictamente un modelo del átomo de hidrógeno tomando como punto de partida el modelo de Rutherford, Niels Bohr trata de incorporar los fenómenos de absorción y emisión de los gases, así como la nueva teoría de la cuantización de la energía desarrollada por Max Planck y el fenómeno del efecto fotoeléctrico observado por Albert Einstein.
“El átomo es un pequeño sistema solar con un núcleo en el centro y electrones moviéndose alrededor del núcleo en órbitas bien definidas.” Las órbitas están cuantizadas (los e- pueden estar solo en ciertas órbitas)
•Cada órbita tiene una energía asociada. La más externa es la de mayor energía.
•Los electrones no radian energía (luz) mientras permanezcan en órbitas estables.
•Los electrones pueden saltar de una a otra órbita. Si lo hace desde una de menor energía a una de mayor energía absorbe un cuanto de energía (una cantidad) igual a la diferencia de energía asociada a cada órbita. Si pasa de una de mayor a una de menor, pierde energía en forma de radiación (luz).
El mayor éxito de Bohr fue dar la explicación al espectro de emisión del hidrógeno. Pero solo la luz de este elemento. Proporciona una base para el carácter cuántico de la luz, el fotón es emitido cuando un electrón cae de una órbita a otra, siendo un pulso de energía radiada.
Bohr no puede explicar la existencia de órbitas estables y para la condición de cuantización.
Bohr encontró que el momento angular del electrón es h/2π por un método que no puede justificar.
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Densidad de probabilidad de ubicación de un electrón para los primeros niveles de energía.
Artículo principal: Modelo atómico de Schrödinger
Después de que Louis-Victor de Broglie propuso la naturaleza ondulatoria de la materia en 1924, la cual fue generalizada por Erwin Schrödinger en 1926, se actualizó nuevamente el modelo del átomo.
En el modelo de Schrödinger se abandona la concepción de los electrones como esferas diminutas con carga que giran en torno al núcleo, que es una extrapolación de la experiencia a nivel macroscópico hacia las diminutas dimensiones del átomo. En vez de esto, Schrödinger describe a los electrones por medio de una función de onda, el cuadrado de la cual representa la probabilidad de presencia en una región delimitada del espacio. Esta zona de probabilidad se conoce como orbital. La gráfica siguiente muestra los orbitales para los primeros niveles de energía disponibles en el átomo de hidrógeno.
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