Sólidos - Estructura y Propiedades(1)

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SÓLIDOS
Estructuras y Propiedades
 
 TIPOS DE SÓLIDOS
SÓLIDOS CRISTALINOS
Los átomos, iones o moléculas se empaquetan en un arreglo ordenado, ocupando posiciones bien definidas. Tienen elevada rigidez → Sólidos Covalentes (Diamante, Cuarzo), Metálicos, Iónicos y Moleculares
SÓLIDOS AMORFOS
No presentan estructuras ordenadas.
Carecen de caras y formas definidas
Las Fuerzas Moleculares varían en distintos puntos de la muestra y por eso NO funden a una temperatura definida sino en un intervalo de temperaturas → Vidrio, Hule, Ceras, etc.
 
CELDA UNITARIA
Es la Unidad Estructural de un sólido cristalino.
Es la Mínima Unidad que da la información completa acerca de la estructura de un cristal.
El punto que ocupa el centro de cada una de las posiciones específicas de átomos, iones o moléculas se llama PUNTO RETICULAR.
Las Celdas Unitarias no actúan de forma independiente. Cada átomo en cada arista es compartido por el átomo de las aristas de cada celda unitaria adyacente.
SÓLIDOS CRISTALINOS
La Estructura del sólido cristalino se representa mediante la repetición de la celda unitaria en las tres direcciones del espacio 
-------> “Estructura Cristalina, Estructura Reticular o Red Cristalina”
SÓLIDOS CRISTALINOS
cúbico	a = b = c a = b = g =90º
tetragonal 	a = b  c a = b = g =90º
ortorrómbico	a  b  c a = b = g =90º
monoclínico	a  b  c a = g =90º b90º
triclínico	a  b  c a  b  g 90º
hexagonal	a = b c a = b =90º g =120º
romboédrico	a = b = c a=b= g 90º
Tipos de celdas unitarias
 
 Empaquetamientos de Esferas
 
Las esferas se empaquetan de forma distinta. Cada arreglo diferente presenta un número de coordinación
Empaquetamiento no compacto
Celda unitaria Celda cúbica simple
Celda unitaria Celda cúbica centrada en el cuerpo
Empaquetamiento compacto
Celda unitaria Celda cúbica centrada en las caras (ABC)
Celda unitaria Celda hexagonal compacta (ABA)
 SÓLIDOS CRISTALINOS
Celda Cúbica Simple (SC)
Ejemplos: α Po, Hg y la mayoría de los Metales
 SÓLIDOS CRISTALINOS
Celda Cúbica Simple (SC) 
Algunas consideraciones
El Nro. de Coordinación nos indica la cantidad de ”átomos vecinos”
El valor del “radio del átomo” se obtiene aplicando el Teorema de Pitágoras para un triángulo rectángulo.
Hemos visto que la Eficacia (o Eficiencia) del Empaquetamiento es 0,52 lo que nos indica que el 52% del espacio de la celda está ocupado por esferas.
Utilizando el porcentaje mencionado, se puede determinar la Densidad de la Celda Unitaria correspondiente.
SÓLIDOS CRISTALINO
Celda cúbica centrada en el cuerpo (BCC)
Ejemplos: Fe, Cr, Mo, W, Ta, Ba, Na
Empaquetamiento Compacto Hexagonal (a,b,a)
(Layer: capa)
Sólidos cristalinos
Celda cúbica centrada en el cuerpo (BCC)
SÓLIDOS CRISTALINOS
Celda Cúbica Centrada en las Caras (FCC)
Sólidos Cristalinos
Celda Cúbica Centrada en las Caras (FCC)
Empaquetamiento Compacto Cúbico (a,c,b,a)
Celda cúbica centrada en las caras (fcc)
Ejemplos: NaCl , Ni 
SÓLIDOS CRISTALINOS
Celda Hexagonal Compacta (HC)
SÓLIDOS CRISTALINOS
Celda Hexagonal Compacta (HC)
Órden de las capas: (a,b,a)
Ejemplos: Be, Mg, Zn, Cd, Zr
Silvia Poloni (SP) - 
SÓLIDOS CRISTALINOS
Tipos de cristales
Cristales iónicos
Características
La cohesión se debe a enlaces iónicos (50-100 kJ/mol)
Formados por especies cargadas
Aniones y cationes de distinto tamaño
Propiedades
Duros y quebradizos
Puntos de fusión altos
En estado líquido y fundido son buenos conductores de la electricidad
Ejemplos
NaCl, Al2O3, BaCl2, sales y silicatos
SÓLIDOS CRISTALINOS
Tipos de cristales
Cristales covalentes
Características
La cohesión cristalina se debe únicamente a enlaces covalentes (100-1000 kJ/mol)
Propiedades
Duros e incompresibles
Malos conductores eléctricos y del calor
Ejemplos
2 alótropos de carbón (Cgrafito y Cdiamante, Cuarzo o Sílice(SiO2)
SÓLIDOS CRISTALINOS
Cristales Covalentes
Tipos de cristales
2 alótropos de Carbono ( Cgrafito y Cdiamante)
SÓLIDOS CRISTALINOS
Tipos de cristales
Cristales Moleculares
Características
Formados por moléculas
Unidos por fuerzas de Vas der Waals (1 kJ/mol) o enlaces por puentes de H
Propiedades
Blandos, compresibles y deformables
Puntos de fusión bajos
Malos conductores del calor y electricidad
Ejemplos
SO2, I2, H2O(s),CO2, P4, S8 
Tipos de cristales
 Cristales metálicos
Características
Cada punto reticular está formado por un átomo de un metal (catión)
Los electrones de valencia se encuentran deslocalizados en todo el cristal
Propiedades
Resistentes debido a la deslocalización
Debido a la movilidad de los electrones, buenos conductores de la electricidad y del calor.
Ejemplos
Ca, Na, Li, Cr, aleaciones, amalgamas
SÓLIDOS CRISTALINOS
SÓLIDOS AMORFOS
Los átomos o moléculas que lo forman no se encuentran en posiciones fijas del cristal y por tanto, carecen de una distribución tridimensional, regular y ordenada. Carecen de formas y caras bien definidas.
Vidrio
Producto de fusión de materiales inorgánicos que se han enfriado a un estado sólidos sin cristalizar
Sus principales componentes son
SiO2, NaO2 y B2O3 fundidos
El color del vidrio es debido a la presencia de iones metálicos:
Fe2O3, CuO color verde
UO2 color amarillo
CoO color azul
Au y Cu color rojo
Cúbica simple 
Nº de coordinación:6 
Átomos por celda: 8 vértices*1/8 =1 
Relación entre la longitud de arista y el 
radio del átomo: 2r = a
 
 
Eficacia del empaquetamiento: 52% 
 
 
 
 
 
 
52.0
6)r2(
r34
a
r34
V
V
3
3
3
3
celda
ocupado


Cúbica simple
Nº de coordinación:6
Átomos por celda: 8 vértices*1/8 =1 
Relación entre la longitud de arista y el 
radio del átomo: 2r = a
Eficacia del empaquetamiento: 52%
(
)
(
)
52
.
0
6
)
r
2
(
r
3
4
a
r
3
4
V
V
3
3
3
3
celda
ocupado
=
=
=
=
p
p
p
� EMBED MSPhotoEd.3 ���
� EMBED Equation.3 ���
(
)
(
)
52
.
0
6
)
r
2
(
r
3
4
a
r
3
4
V
V
3
3
3
3
celda
ocupado
=
=
=
=
p
p
p
_1094888706.bin
_1094891572.unknown
Cúbica centrada en el cuerpo
Nº de coordinación:8
Átomos por celda: 8 aristas*1/8 + 1centro =2
Relación entre la longitud de arista y el radio del átomo:
4
a
 
3
r
=
Eficacia del empaquetamiento: 68%
Cúbica centrada en el cuerpo (BCC): Fe, Cr, Mo, W, Ta, Ba.
 
b
 
c
 
b
2
=a
2
+a
2
 
c
2
=a
2
+b
2
=3a
2
 
c= 4r =(3a
2
)
1/2
 
(
)
(
)
68
.
0
8
3
)
3
r
4
(
r
3
4
2
a
r
3
4
2
V
V
3
3
3
3
celda
ocupado
=
p
=
p
=
p
=
Cúbica centrada en las caras (F.C.C.):
Nº de coordinación:12
Átomos por celda: 8 aristas*1/8 + 6caras*1/2=4
Relación entre la longitud de arista y el
radio del átomo: (4r)
2
=a
2
+a
2
Eficacia del empaquetamiento: 74%
Cobre
(
)
(
)
74
.
0
2
r
4
r
3
4
a
r
3
4
4
V
V
2
/
1
3
3
3
celda
ocupado
=
p
=
p
×
=
Hexagonal (h.c.):
Nº de coordinación:12
Átomos por celda: 2
Para el hexágono (3celdas):
12 vérticesx1/6 +2 carasx1/2 +3centro=6átomos
Eficacia del empaquetamiento: 74%
Parámetros: a = ancho del hexágono
 
 c= altura; distancia entre dos planos
 razon axial c/a para esferas en contacto=1.633
 Be c/a = 1.58
 Cd c/a = 1.88
Hexagonal compacta (h.c): Be, Mg, Zn, Cd, Ti
 
c
 
a