PRACTICA 8 CRISTALIZACION

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LABORATORIO DE QUÍMICA
PRÁCTICA 8
CRISTALizacion
OBJETIVO
el alumno identificará los diferentes sistemas de cristaliación 
CONSIDERACIONES TEÓRICAS
(Armando)
Se denominan sólidos cristalinos aquellos en los que los átomos, iones o moléculas se repiten de forma ordenada y periódica en las tres direcciones. En los materiales amorfos no existe una distribución regular dentro del sólido. Los vidrios son sólidos amorfos.
Los materiales sólidos se pueden clasificar de acuerdo a la regularidad. Un material cristalino es aquel en el que los átomos se encuentran situados en un arreglo repetitivo o periódico dentro de grandes distancias atómicas.
Características
· Los solidos cristalinos se disponen en el espacio según una estructura precisa, ordenada y periódica.
· La mayor parte de los materiales sólidos existentes en la Tierra son cristales. Las excepciones obedecen a sólidos amorfos donde encontramos a las piedras volcánicas, el vidrio, el plástico, entre otros; y aunque son sólidos no tienen la estructura microscópica ordenada y periódica típica de los cristales.
· Los cristales están constituidos por una unidad fundamental denominada celda elemental o unitaria, que se repite indefinidamente en las tres direcciones del espacio.
Existen siete tipos de celdas elementales:
· Cúbica.
· Tetragonal.
· Hexagonal.
· Romboédrico.
· Ortorómbico.
· Monoclínico.
· Triclínico.
¿Cómo se determina el tipo de célula?
El factor distintivo entre varios tipos de células es la diferencia en el ángulo de enlace y la distancia entre los átomos vecinos. Esto se mide usando una técnica llamada análisis de ángulo de enlace.
Gran parte de la apariencia de un cristal está determinada por su red, una estructura geométrica formada por la superposición repetida de celdas.
Los materiales de cristal varían dramáticamente en tamaño y apariencia. Algunos son duros, otros blandos. Algunos son claros, mientras que otros son opacos. Algunos cristales hacen que la electricidad fluya a través de ellos, mientras que otros no. Todas estas variaciones en las características macroscópicas dan como resultado una amplia gama de calidades de cristal.
La clasificación de los cristales, aunque no es estricta, se puede establecer según los principales enlaces químicos en su estructura. Así, descubrimos los enlaces de hidrógeno, los enlaces iónicos, los enlaces covalentes, los enlaces metálicos y las fuerzas de van der Waals.
Los que tienen enlaces metálicos son muy importantes. Las propiedades de brillo, ductilidad, resistencia mecánica, conducción térmica y flujo de corriente se deben a su microestructura y unión tipo metal, que se presenta únicamente dentro de este material.
Todos los sólidos cristalinos tienen una estructura periódica, por lo que un electrón universal afectado por la red tendrá una energía potencial que también variará periódicamente en tres direcciones en el espacio. La consecuencia de esto, según la mecánica cuántica, es que cada nivel de energía correspondiente a un átomo aislado se escinde más cuanto mayor sea el número N de átomos constituyentes en la red, resultando una serie de niveles de energía prácticamente continuos que juntos forman una banda. 
CONSIDERACIONES TEÓRICAS (Irving)
 Sistemas cristalinos
Un cristal, bajo condiciones favorables de crecimiento, desarrollará superficies externas planas y uniformes (caras) que pueden asumir formas geométricas regulares, lo cual es expresión de su distribución interna regular atómica. En cristales con caras bien desarrolladas se pueden reconocer los elementos de simetría como ejes de rotación, planos de simetría, etc. Un estudio sistemático de las formas externas de los cristales conduce a 32 simetrías o combinaciones de simetría. Algunas de estas 32 clases de cristales tienen características de simetría en común con otras, lo que permite agruparlas en uno de los seis sistemas cristalinos.
Un cristal se caracteriza por su estructura interna definida y por su forma externa, que es la forma normal de una especie mineral, así como de todos los compuestos químicos sólidos; pero las condiciones apropiadas para la formación de un cristal de perfección ideal en simetría de forma y tersura de superficie nunca se realizarán totalmente. Por lo general muchas especies no se presentan en cristales precisos, sino en forma maciza y, en algunos casos excepcionales, no se encuentra la estructura interna definida.
Los minerales son sustancias químicas cuyos átomos están ordenados espacialmente según tres direcciones cristalográficas (ejes cristalográficos x, y, z) que forman entre ellos determinados ángulos (ángulos axiales) y, según estas direcciones los átomos (conjuntos de átomos o moléculas) se repiten a una distancia constante según cada eje, llamada periodicidad (parámetros unidad).
El conjunto de los ejes cristalográficos, con sus respectivos ángulos, y de los parámetros unidad constituyen un paralelepípedo llamado "celdilla unidad". Según Bravais (1811-1863), existen 14 posibles combinaciones sin repetición de estas constantes cristalográficas, que, a su vez se agrupan en 6 Sistemas Cristalinos: Triclínico, Monoclínico, Rómbico, Hexagonal y Trigonal, Tetragonal y Cúbico.
Sistema Triclínico: se caracteriza porque los tres parámetros unidad son distintos entre ellos, así como también lo son los ángulos que forman entre sí los ejes cristalográficos y, a su vez, son distintos de 90º.
 
Sistema Monoclínico: caracterizado porque los tres parámetros unidad son distintos entre ellos, dos de los ángulos axiales son iguales entre ellos distintos al tercero y mayores de 90º.
 
Sistema Rómbico u Ortorrómbico: se caracteriza porque los tres parámetros unidad son distintos entre ellos, y los ángulos axiales son iguales entre ellos e iguales a 90º.
 
Sistema Hexagonal y Trigonal: caracterizado porque dos de los parámetros unidad son iguales entre ellos y distintos al tercero. Dos de los ángulos axiales son iguales entre ellos e iguales a 90º y el tercero es igual a 120º. En estos dos sistemas se introduce un cuarto eje cristalográfico "i" planar con los ejes x e y. Se diferencian en la simetría, ya que en el Hexagonal existe un eje senario y en el Trigonal un eje ternario.
 
Sistema Tetragonal: se caracteriza porque dos de los parámetros unidad son iguales entre ellos y distintos al tercero. Los ángulos axiales son iguales entre ellos e iguales a 90º.
 
Sistema Cúbico: caracterizado porque los tres parámetros unidad son iguales entre ellos, y los tres ángulos axiales son iguales entre ellos e igual a 90º.
CONSIDERACIONES TEÓRICAS (Isai)
Un sólido cristalino es aquél que tiene una estructura periódica y ordenada, como consecuencia tienen una forma que no cambia, salvo por la acción de fuerzas externas. Cuando se aumenta la temperatura, los sólidos se funden y cambian al estado líquido. Las moléculas ya no permanecen en posiciones fijas, aunque las interacciones entre ellas siguen siendo suficientemente grande para que el líquido pueda cambiar de forma sin cambiar apreciablemente de volumen, adaptándose al recipiente que lo contiene.
Podemos reconocer a los cristalinos porque las partículas macroscópicas que los forman (los cristales) tienen formas regulares: si examinamos cristales de cloruro de sodio bajo una lente de aumento veremos que los cristales tienen forma de pequeños cubos. Y existen cristalinos solidos los cuales son molecular, atómico y iónico.
MOLECULAR
Los sólidos cristalinos moleculares se componen de moléculas las cuáles son mantenidas juntas por dispersión, dipolo-dipolo y por las fuerzas de Inter partículas con un enlace de hidrógeno.
ATÓMICO
Estos sólidos son blandos, pobres conductores eléctricos y térmicos y tienen un bajo punto de fusión.
IÓNICO
Los sólidos cristalinos iónicos se componen de iones positivos y negativos mantenidos juntos por la atracción ion-ion, vienen en tres formas fundamentales.
CARACTERÍSTICAS.
· Los sólidos cristalinos se disponen en el espacio según una estructura precisa, ordenada y periódica.
· La mayor partede los materiales sólidos existentes en la Tierra son cristales. Las excepciones obedecen a sólidos amorfos donde encontramos a las piedras volcánicas, el vidrio, el plástico, entre otros; y aunque son sólidos no tienen la estructura microscópica ordenada y periódica típica de los cristales.
· Los cristales están constituidos por una unidad fundamental denominada celda elemental o unitaria, que se repite indefinidamente en las tres direcciones del espacio.
¿CÓMO DIFERENCIAR EL TIPO DE CELDAS?
El criterio para diferenciar los distintos tipos de celdas se basa en el intervalo de magnitud de los ángulos de enlace y la distancia entre los átomos (aristas de la celda unitaria).
· La repetición de esta celda elemental da origen a una estructura geométrica, conocida como retículo o red cristalina, que determina gran parte de las características del cristal.
· Las características macroscópicas de los cristales son muy variadas. Hay cristales durísimos, otros son blandos y frágiles; algunos son transparentes, otros opacos; hay cristales conductores de corriente eléctrica y otros aislantes.
· Los sólidos cristalinos funden a una temperatura precisa, mientras que el punto de fusión para sólidos amorfos puede variar en intervalo limitado de temperatura.
· Una clasificación de los cristales, aunque no rigurosa, se puede establecer tomando como base el enlace químico predominante en su estructura. Así encontramos enlaces de hidrógeno, iónicos, covalente, metálicos y fuerzas de Van der Waals.
· Los que poseen enlaces metálicos son muy importantes. Las características del brillo, la ductibilidad, la resistencia mecánica, la conducción del calor y la corriente eléctrica son debidas a su estructura microscópica y al enlace de tipo metálico, el que sólo se da al interior de este tipo de materiales.
CONSIDERACIONES TEÓRICAS (Sebastián)
Un sólido cristalino es aquél que tiene una estructura periódica y ordenada, como consecuencia tienen una forma que no cambia, salvo por la acción de fuerzas externas. Cuando se aumenta la temperatura, los sólidos se funden y cambian al estado líquido. Las moléculas ya no permanecen en posiciones fijas, aunque las interacciones entre ellas siguen siendo suficientemente grandes para que el líquido pueda cambiar de forma sin cambiar apreciablemente de volumen, adaptándose al recipiente que lo contiene.
Un sólido cristalino se construye a partir de la repetición en el espacio de una estructura elemental paralelepipédica denominada celda unitaria.
Las celdas unitarias, son paralelogramos (2D) o paralelepípedos (3D) que constituyen la menor subdivisión de una red cristalina que conserva las características generales de toda la retícula, de modo que por simple traslación de la misma, puede reconstruirse la red al completo en cualquier punto. Las celdas unitarias se pueden definir de forma muy simple a partir de dos (2D) o tres vectores (3D).
En función de los parámetros de red, es decir, de las longitudes de los lados o ejes del paralelepípedo elemental y de los ángulos que forman, se distinguen siete sistemas cristalinos:
Características de los sólidos cristalinos
En el estado sólido, las moléculas, átomos o iones que componen la sustancia considerada están unidos entre sí por fuerzas relativamente intensas, formando un todo compacto. 
La mayor proximidad entre sus partículas constituyentes es una característica de los sólidos y permite que entren en juego las fuerzas de enlace que ordenan el conjunto, dando lugar a una red cristalina. En ella las partículas ocupan posiciones definidas y sus movimientos se limitan a vibraciones en torno a los vértices de la red en donde se hallan situadas. Por esta razón las sustancias sólidas poseen forma y volumen propios.
La mayor parte de los sólidos presentes en la naturaleza es cristalina aun cuando en ocasiones esa estructura ordenada no se refleje en una forma geométrica regular apreciable a simple vista. Ello es debido a que con frecuencia están formados por un conjunto de pequeños cristales orientados de diferentes maneras, en una estructura policristalina. 
Los componentes elementales de una red cristalina pueden ser átomos, moléculas o iones, de ahí que no se pueda hablar en general de la molécula de un cristal, sino más bien de un retículo elemental o celdilla unidad, que se repite una y otra vez en una estructura periódica o red cristalina.
Todos los sólidos cristalinos presentan una estructura periódica, por lo que un electrón genérico que se viese sometido a la influencia de la red cristalina poseería una energía potencial que variaría también de una forma periódica en las tres direcciones del espacio. Esta situación se traduce, de acuerdo con la mecánica cuántica, en que cada uno de los niveles de energía que correspondería a un átomo aislado se desdobla tanto más cuanto mayor es el número N de átomos constitutivos de la red, dando lugar a una serie de niveles prácticamente contiguos que en conjunto constituyen una banda de energía.
El estado cristalino de la materia es el de mayor orden, es decir, aquel en donde las correlaciones internas son mayores y a mayor rango de distancias. Y esto se refleja en sus propiedades que son anisotrópicas y discontínuas. Suelen aparecer como entidades puras, homogéneas y con formas geométricas definidas(hábitos) cuando están bien formados. 
La cristalografía es el estudio de la estructura de los objetos sólidos, un método científico vital para comprender sus propiedades.
Durante siglos, nuestros conocimientos sobre la estructura de los cristales se basaba en poco más que su apariencia física. 
Pero en 1912, un equipo de científicos compuesto por un padre y su hijo desarrollaron la cristalografía de rayos X, una técnica para determinar la disposición precisa de los átomos.
El descubrimiento revolucionó el análisis molecular en diversas disciplinas científicas y desde entonces 29 premios Nobel han sido otorgados por trabajos en los que la tecnología de cristal ha contribuido directa o indirectamente. 
Al vincular áreas de investigación fronterizas, ha tocado la vida de la mayoría de las personas del mundo.
Un cristal se caracteriza por su estructura interna definida y por su forma externa, que es la forma normal de una especie mineral, así como de todos los compuestos químicos sólidos; pero las condiciones apropiadas para la formación de un cristal de perfección ideal en simetría de forma y tersura de superficie nunca se realizarán totalmente. Por lo general muchas especies no se presentan en cristales precisos, sino en forma maciza y, en algunos casos excepcionales, no se encuentra la estructura interna definida.
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