Materiaren konposizioa

Materiaren Konposizioa

Ander Díez

I. HIRUILABETEA

teknologia eta ingenieritza II

Aurkibidea

Elementu kimikoen motak

Materia eta atomoen lehen kontzeptuak

Lotura kimikoak

Teoria Atomikoa eta partikula subatomikoak

Materialen Agregazio egoera

Atomoen egitura, A eta Z

Materialek dauzkaten propietateak

Masa atomikoaren araberako sailkapena

I. HIRUILABETEA

teknologia eta ingenieritza II

Materia eta atomoen lehen kontzeptuak

Demócrito (circa 460-370 a.C.)

Leucipo (circa 480-420 a.C.)

Demokrito, Leuziporen ikaslea, sarritan teoria atomikoaren formulaziorik osoena egozten zaio antzinako Grezian. Demokritoren arabera, unibertsoko guztia atomoz osatua zegoen, partikula suntsiezinak, zatiezinak eta infinituki txikiak zirenak. Atomo horiek forma, tamaina eta pisuan bereizten ziren, eta objektuen propietate makroskopikoak atomo horiek espazioan duten antolaera eta konbinazioaren ondorio ziren. Demokritok ere proposatu zuen atomoak etengabeko mugimenduan zeudela hutsune infinitu batean.

Leuzipo filosofo greko presokratiko bat izan zen, bere dizipulu Demokritorekin batera atomoen teoria garatu zuena. Nahiz eta bere lana neurri handi batean galdu egin den eta ondorengo filosofoen erreferentzien bidez ezagutzen den nagusiki, Leuzipo, sarri, materia partikula banaezinez osatuta dagoelako ideiaren aitzindaritzat hartzen da. Atomoak, Leuzipok dioenez, materiaren unitate funtsezko eta zatiezinak ziren.

I. HIRUILABETEA

teknologia eta ingenieritza II

Teoria Atomikoa eta partikula subatomikoak

J.J Thomson (E.B. 1856-1940 a.C.)

Thomsonen eredua urrats garrantzitsua izan zen egitura atomikoaren ulermenean, atomoak zatiezinak eta homogeneoak zirelako aurretiko ideia desafiatzen zuelako, John Daltonen garaian pentsatzen zen bezala. Hala ere, eredu horrek muga handiak zituen. Hala eta guztiz ere, Thomsonen mahaspasa pudinaren eredua funtsezko mugarria izan zen teoria atomikoaren bilakaeran.

Fisikari britainiar nabarmena izan zen, XIX. eta XX. mendeen arteko trantsizioan fisikaren arloan ekarpen esanguratsuak egin zituena. Bere lorpenik nabarmenetako bat elektroiaren aurkikuntza eta "mahaspasa pudinaren ereduaren" garapena izan zen, atomoen barne egitura hobeto ulertzen lagundu zuena. Elektroiaren aurkikuntza: 1897an, Thomsonek izpi katodikoekin esperimentu batzuk egin zituen. Esperimentu hauen bidez, Thomsonek frogatu zuen hauek karga elektriko negatiboa zuten partikulez osatuta zeudela, geroago "elektroi" deitu zuena. Esperimentu horiek ere elektroiak atomoen funtsezko osagaiak zirela eta ezin zirela gehiago zatitu erakutsi zuten. Mahaspasa pudinaren eredua: Elektroiei buruzko aurkikuntzetan oinarrituta, Thomsonek egitura atomikorako eredu berri bat proposatu zuen, "mahaspasa pudinaren eredua" edo "aran-pastelaren eredua" bezala ezagutu zena. Eredu horren arabera, atomoa positiboki kargatutako esfera baten antzekoa zen, non elektroiak, karga negatiboarekin, pastel batean mahaspasak bezala txertatuta zeuden. Atomoaren karga positiboa eta elektroien negatiboa orekatu egiten ziren, eta horrek atomoa oro har elektrikoki neutroa izatea eragiten zuen.

I. HIRUILABETEA

teknologia eta ingenieritza II

Atomoen egitura, A eta Z

Atomo baten egitura hiru zatitan banatzen da:

Nukleoa:

• Nukleoa atomoaren erdigunea da eta bere masa gehiena dauka. Protoiek eta neutroiek osatzen dute, batez ere.
• Protoiak nukleoan dauden positiboki kargatutako partikulak dira. Protoi bakoitzak +1eko karga elektrikoa du.
• Neutroiak elektrikoki neutroak diren partikulak dira, nukleoan ere aurkitzen direnak. Ez dute karga elektrikorik.

Elektroiak:

• Elektroiak karga elektriko negatiboa duten partikulak dira, eta nukleoaren inguruan orbitatzen dute maila edo geruza elektronikoak deituriko eremuetan.
• Elektroiak protoiak eta neutroiak baino askoz arinagoak dira, baina atomoaren karga osoari laguntzen diote.
• Atomo bateko elektroi kopurua nukleoko protoi kopuruaren berdina da, eta, beraz, atomoa elektrikoki neutroa da bere osotasunean.

Espazio hutsa:

• Atomo baten bolumen gehiena nukleoaren eta orbitan dauden elektroien arteko espazio hutsak hartzen du. Eskualde honetan, elektroien dentsitatea txikia da.

I. HIRUILABETEA

teknologia eta ingenieritza II

Masa-zenbakia (A):

• Masa-zenbakia (masa atomikoa ere esaten zaio) atomo baten nukleoko protoien eta neutroien batura da. "A" letraz irudikatzen da.
• Zenbaki atomikoak ez bezala, zenbaki masikoak ez du elementuaren identitatea definitzen, elementu beraren isotopo ezberdinek masa-zenbaki ezberdinak izan baititzakete neutroi kopuruaren aldaketaren ondorioz.
• Elementu baten batez besteko masa atomikoa taula periodikoan dago eta bere isotopo naturalen masen batez besteko haztatua da.

Laburbilduz, (Z) zenbaki atomikoak elementua identifikatzen du eta nukleoko protoi kopuruari dagokio; masa-zenbakia (A), berriz, nukleoko protoi eta neutroien batura da, eta elementu bereko isotopo desberdinen artean alda daiteke.

Zenbaki Masikoa (A) eta Zenbaki Atomikoa (Z)

Zenbaki atomikoa (Z):

• Zenbaki atomikoak (protoi kopurua ere deitua) egoera neutroan dagoen atomo baten nukleoko protoi kopurua adierazten du. Elementu kimikoaren identitatea definitzen du.
• Zenbaki atomikoa "Z" letrarekin adierazten da elementuen taula periodikoan.
• Elementu jakin baten atomo guztiek zenbaki atomiko bera dute.

I. HIRUILABETEA

teknologia eta ingenieritza II

Masa atomikoaren araberako sailkapena

Elementu kimikoen masa atomikoaren araberako sailkapena "elementuen taula periodikoa" izenez ezagutzen da, eta Dmitri Mendeleevek eta Lothar Meyerrek garatu zuten modu independentean 1860ko hamarkadan. Dmitri Mendeleev, kimikari errusiar bat, eta Lothar Meyer, kimikari alemaniar bat, bereizirik aritu ziren elementu kimikoak beren propietate kimikoen eta masa atomikoen arabera antolatzen. Garai hartan masa atomikoei buruzko informazio zehatzik ez zuten arren, bi zientzialariek patroiak eta erregulartasunak nabaritu zituzten elementuen propietateetan, eta erlazio horiek erakusten zituzten taula periodikoak proposatu zituzten. Mendeleev askotan ospetsuagoa da, bere taula periodikoa osatuagoa eta egokiagoa izan zelako oraindik aurkitu gabeko elementuen propietateak iragartzeko. Bere taulan espazio hutsak ere utzi zituen, oraindik aurkitu ez zirela uste zuen elementuentzat. Ikuspegi hori eta bere taula periodikoa aurrerapen handia izan ziren kimikan, eta elementuak masa atomikoen eta propietate kimikoen arabera antolatzea mugarri garrantzitsua izan zen kimikaren historian.

I. HIRUILABETEA

TEKNOLOGIA ETA INGENIERITZA II

Elementu kimikoen motak

Elementu kimikoak hainbat motatan sailka daitezke, propietateen eta ezaugarrien arabera. 1. Metalak: Metalak bero- eta elektrizitate-eroale onak izateko joera duten elementuak dira, distira metalikoa dute, xaflakorrak dira eta, oro har, solidoak dira giro-tenperaturan. Metalen adibide dira burdina, aluminioa, urrea eta kobrea. 2. Metalak ez direnak: Metalak ez direnak, oro har, bero- eta elektrizitate-eroale txarrak dira, ez dute distira metalikorik, eta solidoak, likidoak edo gasak izan daitezke, giro-tenperaturan. Ez-metalen adibideak oxigenoa, nitrogenoa, karbonoa eta fluorra dira. 3. Metaloideak: metalen eta ez-metalen propietateak erakusten dituzten elementuak dira. Metalen eta ez-metalen arteko trantsizio-eskualdean daude, taula periodikoan. Metaloideen adibideak silizioa, germanioa eta artsenikoa dira. 4. Gas nobleak: Gas nobleak taula periodikoaren 18. multzoan dauden elementuak dira, eta oso egonkorrak eta ez-erreaktiboak direlako ezagutzen dira. Helioa, neoia, argona, kriptioia eta xenoia barne hartzen dituzte. Elementu kimikoen iruzurrik ezagunenak dira, baina sailkapen gehiago daude.

I. HIRUILABETEA

teknologia eta ingenieritza II

Lotura kimikoak

3. Lotura metalikoa: Lotura mota hau metaletan gertatzen da, non elektroiak libreki mugitzen diren atomoen artean sare kristalinozko egitura batean. Horri esker, metalak elektrizitate- eta bero-eroale onak dira. Atomo metalikoek "hodei" elektroniko arrunt batean partekatzen dituzte beren balentzia-elektroiak, eta horrek metalen lotura-indarra ematen du. 4. Hidrogeno-lotura: Lotura kobalente mota berezi bat da, hidrogeno-atomo bat atomo elektronegatiboago bati lotuta dagoenean gertatzen dena, hala nola oxigenoari, nitrogenoari edo fluorrari. Kasu honetan, hidrogenoak karga partzial positiboa garatzen du atomo elektronegatiboenaren erakarpenaren ondorioz, eta hori indar erakargarri bat da molekula baten hidrogenoaren eta beste baten atomo elektronegatiboaren artean. Hidrogeno-loturak uraren propietate bakarren erantzule dira, eta funtsezkoak dira proteinen eta DNAren egituran. Hauek dira lotura kimiko mota nagusiak, eta nola funtzionatzen duten ulertzea funtsezkoa da kimika eta konposatu kimikoen eraketa ulertzeko. Substantzia kimikoen propietateak eta portaerak, neurri handi batean, substantzia horietan dagoen lotura kimikoaren araberakoak dira.

Lotura kimikoak molekula eta konposatu kimikoetan atomoei lotuta mantentzen dituzten indarrak dira. Atomoek bat egiteko joera dute konfigurazio elektroniko egonkorragoa lortzeko, hau da, kanpoko geruzetan elektroi kopuru egokia duen egoera lortzeko. Lotura kimiko mota nagusiak hauek dira: 1. Lotura kobalentea: Lotura mota honetan, bi atomok elektroiak partekatzen dituzte beren balentzia-geruzak betetzeko eta molekula egonkorrak sortzeko. Lotura kobalenteak sinpleak (elektroi pare bat partekatzen dute), bikoitzak (bi elektroi pare partekatzen dituzte) edo hirukoitzak (hiru elektroi pare partekatzen dituzte) izan daitezke. Lotura kobalenteak dituzten molekulen adibideak ura (H2O) eta karbono dioxidoa (CO2) dira. 2. Lotura ionikoa: Kasu honetan, atomoek elektroiak transferitzen dituzte elkarren kontrako kargak dituzten ioiak sortzeko, eta gero, erakarpen elektrostatikoaren indarraren ondorioz, elkar erakartzen dute. Konposatu ionikoak katioiz (elektroiak galdu dituzten eta karga positiboa duten atomoak) eta anioiz (elektroiak irabazi dituzten eta karga negatiboa duten atomoak) osatuta daude. Adibide klasiko bat sodio kloruroa da (NaCl), non sodioak (Na) elektroi bat ematen dion kloroari (Cl) Na+ eta Cl- osatzeko.

I. HIRUILABETEA

teknologia eta ingenieritza II

Materialen Agregazio egoera

Los estados de agregación de la materia son las diferentes formas en que la materia puede existir, dependiendo de factores como la temperatura y la presión. Los estados de agregación más comunes son: 1. Sólido: En el estado sólido, las partículas están muy cerca unas de otras y tienen una estructura ordenada y regular. Los sólidos tienen una forma y un volumen definidos. Las fuerzas de atracción entre las partículas son fuertes, lo que mantiene a las partículas en su lugar. 2. Líquido: En el estado líquido, las partículas están más separadas que en un sólido, pero aún están lo suficientemente cerca como para interactuar. Los líquidos tienen un volumen definido, pero no tienen una forma fija; toman la forma del recipiente en el que se encuentran. Las fuerzas de atracción entre las partículas son más débiles que en un sólido. 3. Gaseoso: En el estado gaseoso, las partículas están muy separadas y tienen una energía cinética elevada. Los gases no tienen forma ni volumen definidos; llenan completamente el espacio disponible y se expanden para ocupar cualquier contenedor en el que se encuentren. Las fuerzas de atracción entre las partículas son muy débiles en comparación con los estados sólido y líquido.

I. HIRUILABETEA

teknologia eta ingenieritza II

Materiaren Agrgazio egoera

4. Plasma: Plasma materiaren energia handiko egoera bat da, non elektroiak atomoen nukleoetatik bereizten diren. Baldintza oso beroetan dago, izarren barnealdean bezala, eta, gehienbat, ioi kargatuek osatzen dute. 5. Bose-Einsteingo kondentsatua: Egoera hau tenperatura oso baxuetan gertatzen da, zero absolututik gertu. Egoera horretan, partikulek modu kolektiboan jokatzen dute eta propietate kuantikoak erakusten dituzte. Materiaren egoera oso berezia da, eta atomo ultrahotzekin egindako laborategietan lortu da. Hauek materiaren agregazio egoera nagusiak dira, eta euren arteko trantsizioa tenperatura eta presio aldaketen araberakoa da.

Oinarrizko hiru egoera horiez gain, badira hain ohikoak ez diren agregazio-egoerak ere, hala nola plasma eta Bose-Einsteinen kondentsatua:

I. HIRUILABETEA

teknologia eta ingenieritza II

Materialek ezaugarri fisiko eta kimiko batzuk dituzte, eta ezaugarri eta portaera jakin batzuk zehazten dituzte. Hona hemen materialen propietate garrantzitsu batzuen zerrenda: 1. Dentsitatea: Dentsitatea material baten bolumen-unitateko masa-kantitatea da. Normalean zentimetro kubiko bakoitzeko gramotan (g/cm,) edo metro kubiko bakoitzeko kilogramotan (kg/m2) adierazten da. 2. Gogortasuna: Gogortasuna material batek marratua edo deformatua izateko duen erresistentziari dagokio. Mohs eskala edo Vickers gogortasun-eskala bezalako eskaletan neurtzen da. 3. Elastikotasuna: Material batek indar baten eraginpean deformatua izan ondoren bere jatorrizko forma berreskuratzeko duen gaitasuna da elastikotasuna. 4. Xaflakortasuna eta harikortasuna: Xafla meheetan mailukatzeko edo biribilkatzeko material baten gaitasuna da xafla xafla xaflatu hautsi gabe; aldiz, harikortasuna material batek alanbre meheetan luzatzeko duen gaitasuna da, apurtu gabe. 5. Eroankortasun termikoa: Eroankortasun termikoak material batek beroa gidatzeko duen gaitasuna adierazten du. Eroankortasun termiko handiko materialek modu eraginkorrean transmititzen dute beroa.

Materialek dauzkaten propietateak

I. HIRUILABETEA

TEKNOLOGIA ETA INGENIERITZA II

Materialek dauzkaten propietateak

6. Eroankortasun elektrikoa: Eroankortasun elektrikoa material batek korronte elektrikoaren fluxua ahalbidetzeko duen ahalmenari dagokio. Metalak eroale elektriko onak dira. 7. Urtze- eta irakite-puntua: Galdatze-puntua solido bat likido bihurtzen den tenperatura da; irakite-puntua, berriz, likido bat gas bihurtzen den tenperatura. 8. Disolbagarritasuna: material batek likido edo substantzia batean disolbatzeko duen gaitasuna da disolbagarritasuna. Material batzuk oso disolbagarriak dira uretan, eta beste batzuk, berriz, ez. 9. Erreaktibotasun kimikoa: Erreaktibotasun kimikoa material batek beste substantzia kimiko batzuekin erreakzionatzeko duen joerari dagokio. Material batzuk oso erreaktiboak dira, eta beste batzuk, berriz, geldoagoak. 10. Kolorea eta distira: propietate hauek bisualak dira eta material batek argia islatzeko duen moduarekin erlazionatzen dira. Material batzuk opakoak, zeharrargiak edo gardenak izan daitezke, eta haien distira aldatu egin daiteke matetik distiratsura.

I. HIRUILABETEA

TEKNOLOGIA ETA INGENIERITZA II