Cristalografía Geométrica y Alotropía - César Esquivel

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Cristalografía
Geométrica y Alotropía
04-Noviembre-2015 							 Practica N° 3
Equipo N° 3
· César Antar Esquivel González
· Ulises García Moran
· Ivan Escoto Cisneros
· Miguel Ángel García González
· Irving Arturo García Castelan
OBJETIVO:
El alumno podrá construir celdas unitarias, mostrando el arreglo tridimensional de las partículas en los cristales y observar los diferentes cristales obtenidos para comparar sus colores y formas.
INTRODUCCIÓN:
Un cristal es un cuerpo rígido en el cual las partículas que lo constituyen están dispuestas en un patrón que se repite. La unidad repetitiva más simple en este arreglo se llama celda unitaria. Existen 14 tipos de celdas unitarias agrupadas en 7 sistemas cristalinos y localizadas en 3 dimensiones diferentes, tal y como se muestra en la tabla 1.
La cristalografía por rayos X es un método utilizado para determinar el arreglo interno de los iones. átomos o moléculas en los cristales.
Tabla 1:
	ESTRUCTURA DE LA CELDA UNITARIA
	ARREGLOS DIFERENTES
	Cúbica
	Simple; Centrada en el cuerpo; Centrada en las caras.
	Tetragonal
	Simple; Centrada en el cuerpo
	Ortorrómbica
	Simple; Centrada en el cuerpo; Centrada en las caras; Centrada en la base
	Monoclínica
	Simple; Centrada en las caras
	Triclínica
	Simple
	Trigonal
	Simple
	Hexagonal
	Simple
 
Los cristales pueden obtenerse a partir de soluciones, fusiones o vapores. Si la sustancia dada es pura manteniendo las otras condiciones constantes, los cristales siempre tendrán la misma forma y patrón.
Muchos compuestos químicos se preparan por medio de reacciones que se llevan a cabo en soluciones acuosas. Esa agua puede evaporar para obtener el compuesto cristalino. En algunos casos, las moléculas de agua son atraídas débilmente hacia los iones o moléculas que componen el compuesto y quedan retenidas dentro de la estructura del cristal. Los compuestos cristalinos que retienen agua durante esta evaporación se llaman hidratos y se dice que contienen agua de hidratación. La proporción de moles de agua a moles del compuesto es un número entero pequeño. La fórmula para el compuesto Sulfato de Cobre II hidratado es:
El punto en la fórmula indica que por cada mol de en el cristal hay 5 moles de . La proporción de moles de a las moles de un compuesto puede determinarse experimentalmente, en la mayoría de los casos, calentando para eliminar el agua. El compuesto al que se le ha removido el agua se llama anhídrido.
Los sólidos se agrupan en sistemas denominados Estructuras Cristalinas las cuales tienen formas perfectamente definidas que conforman lo que se conoce como Cristalografía Geométrica.
Cuando se habla de Alotropía no se deben confundir 2 conceptos de naturaleza diferente:
· Dos compuestos se dicen Polimorfos cuando representan diferentes formas cristalinas de un mismo compuesto, cuyas unidades estructurales se empaquetan de forma diferente.
Por ejemplo, el Azufre puede producir cristales monoclínicos de color amarillo intenso (cuya forma recuerda en sus extremos, la hoja de un formón) o cristales ortorrómbicos de color ámbar (cuya forma asemeja la de un paralelepípedo).
· Se definen como compuestos Alótropos a las diferentes formas de un mismo elemento en el cual los enlaces químicos entre los átomos son diferente y por lo tanto dan lugar a unidades moleculares también diferentes.
El ejemplo por excelencia de Alontropía es el del carbono. Sus formas alotrópicas son el diamante y el grafito, casos típicos claros de la importancia de la estructura cristalina en las propiedades de los compuestos. Ambos son compuestos del carbono, pero difieren en el tipo de enlace y en la posición de los átomos.
El diamante presenta una estructura cúbica centrada en las caras (F.C.C.). La celda primitiva consiste en 2 redes F.C.C. la 1°, centrada en el punto (0,0,0) y la 2° centrada en el punto , es decir, está desplazada respecto a la diagonal del cubo de la 1° red. Los átomos de C se enlazan en forma covalente mediante 4 enlaces sigma, muy fuertes, es necesario invertir mucha energía para romperlos. Ello le proporciona su muy particular alta dureza, su solubilidad y otras propiedades tanto físicas como químicas.
Por otra parte, el grafito es de color negro, blando y un lubricante excelente, lo que sugiere que sus átomos deben estar distribuidos (empaquetados) de tal modo que puedan entenderse sus propiedades. Los átomos de C están distribuidos en capas paralelas (muestra una estructura laminar) separadas entre sí mucho más de lo que separan los átomos de una misma capa. Debido a ello, las capas interaccionan por medio de enlaces débiles (fuerzas de Van der Waals e interacciones pi). Esta unión tan débil entre las capas atómicas del grafito ocasiona que los deslizamientos de unas frente a otras ocurran sin gran esfuerzo, y, de ahí su capacidad lubricante, su uso de lapiceros (al deslizar un lapicero sobre la superficie se van dejando diferentes capas de grafito sobre la misma) y su utilidad como conductor.
	MATERIALES
	REACTIVOS
	1 Lupa
	NaCl
	5 Vidrios de reloj
	KMnO4
	1 Espátula
	CuSO4 II
	1 Un vaso de precipitados de 250ml
	K2Cr2O7
	1 Cápsula de porcelana
	KI
	1 Mechero de Bunsen
	I
	1 Anillo
	C6H12O6
	1 Tela de alambre
	Cu
	1 Microscopio metalográfico
	Al
	esferas de espuma de varios tamaños
	(NH4)2SO4
	Alfileres
	(NiSO4*6H2O)
	Pipetas
	KNO3
PROCEDIMIENTO:
1) En el vaso de precipitados de 250 ml preferentemente seco, colocar 0.5g de Yodo. Tapar el vaso con una cápsula de porcelana que contenga agua fría. Calentar el vaso de precipitados. Observar y registrar que ocurre después de 5 minutos, observar la parte inferior de la cápsula con la lupa.
2) Limpiar y secar perfectamente el vaso de precipitados y repetir el paso No. 1 en la sustancia que indique el profesor 
3) En los 5 vidrios de reloj colocar una pequeña muestra de las siguientes sustancias: Cloruro de Sodio, Permanganato de Potasio. Observar cada una de las muestras con el microscopio y registrarlas.
4) Con esferas de espuma y palillos de dientes, construya las celdas unitarias que le indique el profesor, se deberán construir las siguientes celdas.
Cuestionario
 
1.	En función de las observaciones realizadas en los experimentos 1 y 2, indique la forma de los cristales y el sistema de cristalización al que usted considere que pertenecen.
2.	Consulte en la bibliografía e indique el sistema de cristalización al que pertenece realmente cada sustancia.
3.	Compare los resultados experimentales con los teóricos.
	 Solución
	 Sistema de cristalización.
 (Experimental)
	 Sistema de cristalización.
 (Teórico)
	 C6H12O6 (Azúcar)
	 Cúbico
	 Monoclínica
	 K2Cr2O7 (Dicromato de Potasio)
	su Cúbico
	 Triclínico
	 NiSO4 (Sulfato de Niquel)
	 Hexagonal
	 Monoclínico
	 KMnO4 (Permanganato de potasio) 
	 Ortorrómbico
	 Ortorrómbico
	 CuSO4 (Sulfato de Cobre II)
	 Romboédrico
	 Monoclínico
	 SiO2 (Óxido de silicio)
	 Hexagonal
	 Hexagonal
	 Al (Aluminio en polvo)
	 Hexagonal
	 Hexagonal
4.	Examine las estructuras CS, BCC, FCC, y la HCP. Prediga la cantidad total de partículas que ocupa una celda unitaria sumando todas las partes que no se comparten (si se colocan 8 celdas CS juntos de tal forma que se junten sus vértices, se podrá observar que en cada una de las 8 celdas solo hay 1/8 parte del átomo de la esquina) (N°-AT/C.U).
	Estructura.
	 Número de átomos por celda u unitaria.
	 Representación gráfica.
	 Cúbica simple (CS)
	1
	 
	 Cúbica centrada en el cuerpo (BCC)
	2
	 
	 Cúbica centrada en las caras (FCC)
	4
	 
	 Hexagonal compacta (HCP)
	6
	 
5.	¿Cuántos iones de cloro rodean a cada ion de sodio en los cristales de NACL? (Númerode coordinación).
· N° de coordinación: 6
6. 	¿Qué provocan las similitudes y las diferencias en la forma de los cristales?
Lo que va a determinar que tanto se asemejan o que tanto se diferencian un compuesto de otro va a ser la unión de muchos factores, por ejemplo, el acomodo de los átomos durante la unión de los elementos da como resultado diferentes redes cristalinas, otro de los factores es a qué presión se fabricaron, si se unieron de forma natural, la temperatura a la que esté el compuesto, ya que no todos los compuestos tienen la misma forma cuando se le calienta de forma extrema o cuando se le enfría, muchos de ellos cambian su red cristalina a distintas temperaturas, pero son capaces de regresar a su anterior forma cuando su temperatura regresa al punto original.
7.	Elabore una tabla con las conclusiones obtenidas de esta práctica
8.	Registre en la tabla anterior el nombre de la sustancias utilizadas en la práctica, un esquema del cristal obtenido, su forma y su color.
	COMPUESTO
	ESQUEMA
	FORMA CRISTALINA
	COLOR
	AZÚCAR
	
	Monoclínico
	Blanco
	DICROMATO DE POTASIO
	
	Triclínico
	Naranja-rojizo
	SULFATO DE NÍQUEL
	
	Monoclínico
	 Azul-verdoso.
	PERMANGANATO DE POTASIO
	
	Ortorrómbico
	Violeta intenso
	SULFATO DE COBRE II
	
	Monoclínico
	 Calipso
	ÓXIDO DE SILICIO
	
	Hexagonal
	Blanco
	ALUMINIO EN POLVO
	
	 Cúbica (FCC)
	Plateado
9.	Elaborar C.U del acero con Fe BCC, fe FCC.
Microscopio metalográfico.
Conclusión
Mediante la observación de las diferentes soluciones a través del microscopio metalográfico hemos sido capaces de informarnos de las estructuras internas de materiales y así mismo de la apariencia física de estos distintos tipos de soluciones.
Así mismo hemos sido capaces de determinar el tipo de sistema cristalino que componen a las soluciones observadas, y con bibliografía proporcionada en la práctica hemos llegado a comparar dichas estructuras cristalinas encontrando así coincidencia en el ámbito teórico y experimental. Las formas teóricas se ven ilustradas como formas regulares, pero a nivel microscópico estas figuras no son regulares en su totalidad, ya que presentan deformaciones que hacen notoria su forma irregular. En diferentes compuestos su forma es más simétrica en comparación con otros, aunque la percepción al momento de enfocar la muestra solo se perciben los cristales desde un solo punto de vista, se alcanza a observar que las figuras cristalinas son completamente diferentes entre sí.
Sería interesante y realmente revelador observar la muestra tal vez con más aumentos para poder definir bien las estructuras que están ahí y no solo quedarnos con la percepción que nos dan nuestros ojos, ya que estas estructuras no están en un solo plano, sino en 3 dimensiones, además de que están celdas sobre otras, eso le otorga al momento de verlo en el microscopio todas estas texturas que observamos, que en teoría deberían tener formas regulares, el principal problema es que una celda unitaria está en el orden de los nanómetros por lo que estamos a muchos, muchos aumentos de poder ver a exactitud nuestros reactivos analizados y el orden y figura en la que están ordenados los átomos en las celdas unitarias.