Cristaloquimica:" Edificios." Publicado por MeMv , miércoles, 30 de septiembre de 2009 at 13:50, in

"Cristaloquimica"

Introducción:


Cada nudo de la red está siendoocupado por un átomo, ión, grupo ionicos o molécula, las cuales se mantiene unidas mediante distintos tipos de enlaces químicos más o menos resistentes.
Además representan la posición de equilibrio que sólo se alcanza totalmente en el cero absoluto de temperatura.También estas partículas las oscilan constantemente de forma que al aumentar la temperatura aumenta la agitación de las partículas, pudiendose producir distosiones de la red o incluso llegar a romperla totalmente.Cuando lo anterior ocurre, se rompen los enlaces químicos que mantenían unido el edificio cristalino y se produce el paso del estado sólido al líquido.
Ejemplo de lo anterior:(manipular el botón)




Hay 5 tipos de edificios , estos son:-

*Edificios Iónicos: Aquí los átomos se mantienen en sus posiciones gracias a la atracción electrostática que se establece entre los iones de carga opuesta, es decir, entre aniones( iones con carga negativa) y cationes( iones con carga positiva ). El enlace iónico se caracteriza principalmente por la transferencia de uno o más electrones de un átomo a otro, que deja carga opuesta en contacto, produciendo un enlace químico muy fuerte. Es posible encontrar estos tipos de enlaces en una gran variedad de minerales, tales como: carbonatos, sulfatos, algunos óxidos, halogenuros , sulfuros, entre otros.Como ejemplo veremos la sal común o halita (NaCl), en donde los iones Cl(-) y Na(+) se destribuyen en posiciones alternantes. Podemos encontrar en la capa externa del anión Cl un electrón en exceso, tomando de la capa más externa de catión Na, que ha quedado con un electrón menos y por lo tanto, con carga positiva.
En estos tipos de edificios, los cationes que ocupan una posición central, donde estan rodeados por un gran número determinado de aiones que define la coordinación o número de coordinación de ese catión.Por lo general se observa un tendencia clara a que los iones se agrupen en estructuras lo más densas posibles, en cualquier caso, el tamaño relativo de los iones influye en la disposición espacial que adopten. Por lo tanto el número de coordinación depende de la relación del radio del catión y los aniones que rodean a este, siendo el radio iónico la distancia desde el centro del núcleo del átomo hasta el orbital más externo. Un catión central grande puede estar rodeado de un mayor número de aniones que un catión de radio pequeño, por ejemplo, si el número de coodinación 4 indica que existen cuatro aniones alrededor de un catión central.

Propiedades de los compuestos con enlaces ionicos:

*El enlace iónico es fuerte, las Uret son muy exotérmicas, lo que implica que cuesta mucha energía romper la estructura cristalina al fundir. Es decir, tendrán puntos de fusión altos.


*Los cristales iónicos son duros, porque el enlace es fuerte y se resisten bastante a ser rayados.

*Sin embargo, son frágiles. Esto es debido a que un golpe puede originar un desplazamiento de los planos de los iones y, al dejar enfrentados iones de igual signo, daría lugar a una fractura en el cristal por fuerzas repulsivas electrostáticas.


*No conducen la corriente eléctrica en estado sólido porque los iones están inmovilizados en la red; pero, al disolverse o fundirse estos iones adquieren movilidad y pueden conducir la corriente eléctrica.

*Se disuelven en disolventes polares, porque los dipolos de estos disolventes rodean a los iones de la red cristalina y los van "arrancando" de la red.




* Edificios Covalentes: Aquí encontramos que los átomos se enlazan compartiendo uno o varios pares de electrones, cuyos orbitales comunes ejercen la acción de enlace.Esto es coún entre los elementos electronegativos, los cuales ceden con dificultad sus electrones, gracias a que los átomos comparten parte de sus envolturas externas de electrones, el enlace covalente es el con mayor fuerza, soliendo así estar dirigido en determinadas direcciones. Un ejemplo de lo anterior es el DIAMANTE,en el cual el átomo central comparte un electrón con cada uno de los átomos que lo rodean y que están localizados en los vértices de un tetraedro como lo es este.
Propiedades de los compuestos con enlace covalente:


Hay que distinguir entre aquellos en los que la formación de enlaces de tipo covalente da lugar a compuestos moleculares y otros en los que se forman redes tridimensionales:
Las redes covalentes se forman por átomos que se unen entre sí por uniones covalentes, por ello la fuerza de unión es fuerte. Las propiedades de este tipo de compuesto vendrán definidas por este hecho:

* Presentan elevados puntos de fusión (generalmente subliman si se sigue calentando)

* Muy poco solubles en cualquier tipo de disolvente.

* Suelen ser duros.

* Suelen ser malos conductores de la electricidad.


Son sustancias de este tipo el diamante, SiO2 (cuarzo), carburo de silicio (Si2C), nitruro de boro (BN), etc.


Las sustancias covalentes moleculares se caracterizan porque sus átomos se unen mediante enlaces covalentes, pero forman entidades moleculares individuales. Éstas interaccionan entre sí mediante fuerzas intermoleculares, siendo el tipo de fuerza intermolecular presente la responsable de las propiedades que presentan las sustancias:


* Se pueden presentar en estado sólido, líquido o gaseoso a temperatura ambiente. En general, sus puntos de fusión y ebullición no son elevados, aunque serán mayores cuando las fuerza intermolecular que une a las moléculas sea más intensa.

* Suelen ser blandas y elásticas, pues al rayarlas sólo se rompen las fuerzas intermoleculares.

* La solubilidad es variable, siendo solubles en disolventes de polaridad similar. Los compuestos
polares se disuelven en disolventes polares, los apolares en los disolventes apolares.

* En general, son malos conductores de la electricidad. Aunque la conductividad eléctrica se ve
favorecida si aumenta la polaridad de las moléculas.

Son muchas las sustancias de este tipo: H2, Br2, H2O, NH3, compuestos orgánicos, etc.







*Edificios Metálicos: Aquí los nudos de la red cristalina están ocupados por núcleos atómicos rodeados por una nube de electrones, con gran movilidad, que no pertenecen a un átomo concreto, pero que son muy comunes a todos ellos.Estos edificios son propios de elementos poco electronegativos,los cuales liberan con facilidad los electrones de sus orbotales mas externos.Los podemos encontrar en metales, aleaciones naturales y algunos sulfuros y arseniuros.
Poseen gran conductividad eléctrica y térmica, gracias a la gran mivilidad de sus electrones.



Teoría de bandas:



Esta teoría representa un modelo más elaborado para explicar la formación del enlace metálico; se basa en la teoría de los orbitales moleculares. Esta teoría mantiene que cuando dos átomos enlazan, los orbitales de la capa de valencia se combinan para formar dos orbitales nuevos que pertenecen a toda la molécula, uno que se denomina enlazante (de menor energía) y otro antienlazante (de mayor energía). Si se combinasen 3 átomos se formarían 3 orbitales moleculares, con una diferencia de energía entre ellos menor que en el caso anterior. En general, cuando se combinan N orbitales, de otros tantos átomos, se obtienen N orbitales moleculares de energía muy próxima entre sí, constituyendo lo que se llama una "banda"


En los metales existe un número muy grande de orbitales atómicos para formar enlaces deslocalizados que pertenezcan a toda la red metálica (como si fuese una gran molécula). Como el número de orbitales moleculares es muy grande forman una banda en la que los niveles de energía, como se ha dicho anteriormente, están muy próximos.

En los metales se forman dos bandas. Una en la que se encuentran los electrones de la capa de valencia que se denomina "banda de valencia" y otra que se llama "banda de conducción" que es la primera capa vacía.

En los metales, la banda de valencia está llena o parcialmente llena; pero en estas sustancias, la diferencia energética entre la banda de valencia y la de conducción es nula; es decir están solapadas. Por ello, tanto si la banda de valencia está total o parcialmente llena, los electrones pueden moverse a lo largo de los orbitales vacios y conducir la corriente eléctrica al aplicar una diferencia de potencial.


En el caso de los aislantes la banda de valencia está completa y la de conducción vacía; pero a diferencia de los metales, no sólo no solapan sino que además hay una importante diferencia de energía entre una y otra (hay una zona prohibida) por lo que no pueden producirse saltos electrónicos de una a otra. Es decir, los electrones no gozan de la movilidad que tienen en los metales y, por ello, estas sustancias no conducen la corriente eléctrica.


Un caso intermedio lo constituyen los semiconductores, en el caso de las sustancias de este tipo, la banda de valencia también está llena y hay una separación entre las dos bandas, pero la zona prohibida no es tan grande, energéticamente hablando, y algunos electrones pueden saltar a la banda de conducción. Estos electrones y los huecos dejados en la banda de valencia permiten que haya cierta conductividad eléctrica. La conductividad en los semiconductores aumenta con la temperatura, ya que se facilitan los saltos de los electrones a la banda de conducción. Son ejemplos de semiconductores: Ge, Si, GaAs y InSb.


Propiedades de los metales:



*A excepción del mercurio, los metales puros son sólidos a temperatura ambiente. No obstante, sus puntos de fusión son muy variables, aunque generalmente altos.


* Son buenos conductores de la electricidad y del calor.


*Presentan un brillo característico.


* Son dúctiles y maleables. Esto es debido a la no direccionalidad del enlace metálico y a que los "restos positivos" son todos similares, con lo que cualquier tracción no modifica la estructura de la red metálica, no apareciendo repulsiones internas.


*Presentan el llamado "efecto fotoeléctrico"; es decir, cuando son sometidos a una radiación de determinada energía, emiten electrones.

* Se suelen disolver unos en otros formando disoluciones que reciben el nombre de aleaciones.


*Edificios Moleculares: Son propios de las sustancias orgánicas aunque puden darse en algunas ocasines en sustancias inorgánicas como lo es el caso del azufre.Aquí los nudos de la red cristalina están ocupados por moléculas eléctricamente neutras,las cuales se mantienen unidas por cargas eléctricas residuales muy débiles semejantes a las fuerzas de vander waals,propias de los gases.


*Edificios Mixtos: Frecuentemente dentro de un mismo edificio critalino, los átomos, iones o mléculas estén unidos mediante diferentes tipos de enlaces, como por ejemplo el caso del grafito.Dicho mineral contiene únicamente átomos de carbono dispuestos en una estructura laminar y en cada lámina , los átomos de "C" se unen mediante enlaces covalentes, de forma que las láminas son muy fuertes y flexibles, mientras que el enlace que prevalece entre las láminas es un enlace muy débil que facilitando la escamación de dichas láminas, de ahí que la exfoleación sea perfecta a lo largo de estos planos.



El enlace que prevalece en un edificio cristalino determina algunas propiedades de los minerales como por ejemplo: la dureza, conductividad eléctrica, punto de fusión, solubilidad, entre otras.

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Sólidos cristalinos:"Cristalografìa " Publicado por MeMv , sábado, 26 de septiembre de 2009 at 10:08, in

La cristalografia es el estudio del crecimiento, forma y geometría de los cristales.
En condiciones favorables cada elemento o compuesto químico tiende a cristalizarce con forma definida y característica. Algunos ejemplos:
*Sal--->tiende a formarcristales cúbicos.
*Granate--->Este ocacinalmente tien a formar cubos, sino que tiende a formar decaedros(sólidos con 12 caras) o triaquisoctaedros(Sólidos con 24 caras).
A pesar de sus diferencias en su forma de cristalización, ambos cristalizan siempre en la misma clase y sistema.

Hay 32 clases cristalina, donde sólo 12 de ellas incluyen a casi todos los minerales comunes. Algunas nunca se han observado.
Estas clases se agrupan en 6 sistemas cristalinos,éstos se caracterizan por la longitud y posición de sus ejes.
Los mineraes de cada sistema comparten entre sí algunas características de simetría y forma cristalina, además de muchas propiedades ópticas.

Los sistemas cristalinos tiene importancia para los mineralogista y los gemólogos, ya que la espicificación del sistema es necesaria para la descripcion de cualquier cristal.

Elementos de simetría:
Esta dispocición ordenada hace que aparezcan elementos geométricos de simetría.En efecto, los cristales tienen ejes de simetría, que son líneas imaginarias que atraviesan el cristal alrededor del eje se repite un mismo motivo un número determinado de veces en cada rotación de 360º.
En los cristales estos elementos regula la disposición de las caras, aristas y vértices, de forme que el estudio detallado de los mismos nos permite determinar la simetría que posee el cristal. Los elementos de simetría que, solos o combinados entre sí, pueden aparecer en los cristales, son 7:cinco ejes de simetría de orden binario, terciario,cuaternarioy senario, plano y centro de simetría.
Red espacial cristalina: Es el ordenamiento en las 3 direcciones del espacio de los distintos átomos, iones o grupos iónicos, considerados como puntos geométricos o nudos, formando una red espacial.Esta red es el resultado de la repetición, por traslación en las tres direcciones del espacio de la unidad estructural denominada POLIEDRO FUNDAMENTAL. Este poliedro está definido por tres vectores fundamentales de tralación a,b y c, formando tres ángulos(alfa, beta y gamma). En función de estos tres vectores y de los ángulos que forman podemos definir siete tipos de poliedros fundamentales que se resumen en la tabla mostrada posteriormente.
La combinación de estos poliedros con la distinta distribución o disposición de los nudos permite definir catorce redes cristalinas denominadas REDES DE BRAVAIS,agrupadas en siete sistemas cristalinos que poseen ejes de simetría del mismo orden, estas son el resultado de la combinación de las siete celdas elementales con la distinta distribución de los nudos en una red espacial.


Sistemas:

Sistema Cristalino	Ejes	Angulos entre ejes
Cúbico	a = b = c	α = β = γ = 90°
Tetragonal	a = b ≠ c	α = β = γ = 90°
Ortorrómbico	a ≠ b ≠ c ≠ a	α = β = γ = 90°
Hexagonal	a = b ≠ c	α = β = 90°; γ = 120°
Trigonal (o Romboédrica)	a = b = c	α = β = γ ≠ 90°
Monoclínico	a ≠ b ≠ c ≠ a	α = γ = 90°; β ≠ 90°
Triclínico	a ≠ b ≠ c ≠ a	α ≠ β ≠ γ α, β, γ ≠ 90°

Sistema cristalino	Redes de Bravais
triclínico	P
monoclínico	P	C
ortorómbico	P	C	I	F
tetragonal	P	I
romboédrico (trigonal)	P
hexagonal	P
cúbico	P	I	F

"Sólidos cristalinos" Publicado por MeMv , viernes, 25 de septiembre de 2009 at 8:53, in

En el estado Sólido las moléculas, iones o átomos están unidos por fuerzas relativamente intensas, formando un todo compacto.
La mayor proximidad entre sus partículas, es una característica de los sólidos, y permite que entren en uego las fuerzas de enlace, las cuales ordenan el conjunto dondo lugar a una red cristalina. Las partículas ocupan posiciones definidas y sus movimientos se limitan a vibraciones en torno al vértice de la red cristalina, por esta razón los sólidos poseen forma y volumen definido.

Los sólidos en la naturaleza, la mayoría son cristalinos, pero dicha estructura ordenada no se refleja en forma geométrica regular que se vea a simple vista.Debido a que por lo general, están formados por pequeños cristales orientados de diferentes maneras, es decir, en una estructura POLICRISTALINA.
En la red cristalina sus componetes elementales pueden ser átomos, iones o moléculas, por eso no se puede hablar de la molécula de un cristal, sino más bien de un retículo elemental o celdilla unidad la que se repite una y otra vez en una estructura períodica o red cristalina.

Las propiedades físicas de los sólidos ( tiempo de fusión,capacidad para conducir corriente, resistencia a la deformación ,dureza, entre otras.) dependen de las fuerzas de enlace entre sus partículas, ejemplos de estas son los sólidos: iónicos,formados por moléculas apolares y/o polares, metálicos y covalentes.

*Sólidos iónicos(Sales):- Son duros y a la vez frágiles .
-Poseen altos puntos de fusión.
-Son malos conductores de eléctricidad.
-Sus disoluciones presentan a su vez una conductividad elevada.

*Sólidos formados por moléculas apolares:- Cl2,H2 y CO2
-Son blandos gracias a la debilidad en sus fuerzas
de atracción, "Vander Waals".
-Su punto de fusión es bajo, por lo que sólo a bajas
temperaturas, las fuerzas ordenadoras del enlace
predominan sobre el efecto disgregador del calor.
- Poseen conductivilidad eléctrica pero ésta es
extremadamente baja, por ausencia de cargas libres.
*Sólidos polares:-H2O
- Posee características intermedias entre los sólido iónicos y los
formados por moléculas apolares.

*Sólidos metálicos:-Se caracteriza por su enlace metálico con gas de electrones
externos compartidos, debido a esto podemos decir :
-Son buenos conductores eléctricos y de calor.
-Son ductiles.
-Son maleables.
-Poseen puntos de fuisión alta.

*Sólidos covalentes:-Están formados por una red tridimensional de enlaces atómicos fuertes, dando lugar a propiedades como:
-Poseen elevados puntos de fusión.
-Tienen escasa conductividad.
-Poseen extraordinariadureza.


Ejemplos de sólidos cristalinos:

En los ejemplos podemos encontar una gran cantidad de polímeros naturales.Estas partículas pueden ser átomos unidos por enlaces covalentes (diamante y metales) o iones unidos por electrovalencia (cloruro de sodio).

Algunos ejemplos son:

*Diamante: carbono puro cristalizado.
*Cuarzo.
*Rubí.
*Cloruro de sodio.
*Sulfato de cobre.
*Azùcar.
entre otros.

Diagrama molecular del cuarzo (SiO₂) en red cristalina

"Sólidos Amorfos" Publicado por MeMv , at 8:52, in

Son sólidos que no poseen estructura ordenada ni con forma definida. Sus partículas constituyentes presentan atracciones los suficientemente eficaces como para detener el flujo de una sustancia, dando como resultado una estructura rígida y medianamente dura. Al quebrarse un sólido amorfo, esto produce en él caras y bordes irregulares, a altas temperaturas estos lentamente comienzan a fundirse pasando del estado sólido a un estado líquido. Éstos no presentan una disposición interna ordenada (sin patrón ordenado), algunos son denominados vidrios o líquidos sobreenfriados.


Estos sólidos a altas temperaturas son capaces de transformarse en lìquidos, donde sus partículas constituyentes poseen libertad de movimiento, y al disminuir la temperatura lentamente la energia cinética de las partículas va disminuyendo llegando a producirse un acomodamiento entre ellas. Por otro lado, si el enfriamiento se produce rápidamente y debajo del punto de fusión (sobre enfriamiento) originándose gracias a las menores vibraciones una contracción térmica, no permitiendo el rodenamiento de las partículas aumentado así la viscosidad(no permitiendo apreciar el flujo) y adquiriendo las propiedades de un sólido, como por ejemplo:
*Rigidez
*dureza
*Forma
*Volumen definido, etc.

Ejemplos de sólidos Amorfos:-

Al ser isótopos, es decir, por demostrar propiedades que no dependen en ningún caso de la dirección que se considere al analizarlas; carecen de un patrón. Entre los ejemplos de estos sólidos amorfos se destacan los plásticos, los vidrios, los jabones, las parafinas y muchos compuestos orgánicos e inorgánicos.
Entre los más comunes o más faciles de reconocer son los inorgánicos, los cuales al combustionarse emanan gases tóxicos, aquí encontramos una gran variedad de polímeros como por ejemplo: polietileno, polipropileno isotáctico, náilon, y el politereftalato de etileno (PET).En estos materiales amorfos, las cadenas están más separadas que en la estructura laminar. Ello se refleja en una disminución de la densidad.

Según sus propiedades, se distinguen varios tipos de polímeros:

• Polímeros termoplásticos: fluyen (pasan al estado líquido) al calentarlos y se vuelven a endurecer al enfriarlos. Su estructura molecular presenta pocos (o ningún) entrecruzamiento.
• Polímeros termoestables: no fluyen, y lo único que se consigue al calentarlos es que se descompongan químicamente. Este comportamiento se debe a una estructura con muchos entrecruzamientos, que impiden los desplazamientos relativos de las moléculas
• Elastómeros: muestran un comportamiento elástico. Suelen ser termoestables, pero también termoplásticos debido a que el enlace covalente proporciona la capacidad de que los monómeros vuelvan a la posición original una vez se deja de aplicar la fuerza

• Polímeros expandidos (espumas): Se caracterizan por ser porosos y tener baja densidad. Se obtienen por dispersión de un gas en un polímero antes de que se endurezca, bien sea termoestable o termoplástico.

Entre los amorfos podemos destacar los vidrios, el cual es un sólido amorfo con la estructura de un líquido. Técnicamente, un vidrio es un producto inorgánico de la fusión que se a enfriado a una velocidad demasiado elevada para permitir la formación de cristales.

Aunque popularmente se llama cristal y vidrio a un mismo material, existe una diferencia esencial entre ambos. El cristal hace referencia a un estado de ordenación de la materia que se encuentra en la naturaleza en diferentes formas (por ejemplo, cuarzo o cristal de roca). El vidrio, sin embargo, es el resultado de la fusión de ciertos ingredientes (sílice, sosa y cal). Existen, sin embargo, vidrios creados por la naturaleza, como la obsidiana que se forma por el calor generado en el interior de los volcanes. Se llama erróneamente cristal al vidrio de plomo o vidrio óptico, pues su transparencia imita al cristal de roca natural; esta imitación había sido siempre la meta principal de los vidrieros.

Diagrama molecular del vidrio (SiO₂) en sólido amorfo

Los Sólidos Publicado por MeMv , at 7:24, in

Los sólidos se caracterizan por tener forma y volumen constantes. Esto se debe a que las partículas que los forman están unidas por unas fuerzas de atracción grandes de modo que ocupan posiciones casi fijas.
Todos los materiales sólidos pueden clasificarse de acuerdo a su estructura molecular en cristalinos y amorfos.
Por otro lado podemos encontrar que hay distintas diciplinas que estudian este estado, estas son:
*La física del estado sólido: estudia cómo emergen las propiedades físicas de los sólidos a partir de su estructura de la materia condensada.

*La mecánica de sólidos deformables : estudia propiedades macroscópicas desde la perspectiva de la mecánica de medios continuos (tensión, deformación, magnitudes termodinámicas, entre otras.) e ignora la estructura atómica interna porque para cierto tipo de problemas esta no es relevante.

*La ciencia de los materiales: se ocupa principalmente de propiedades de los sólidos como estructura y transformaciones de fase.

*La química del estado sólido: se especializa en la síntesis de nuevos materiales, y además es principalmente en lo que se basa este blog.

Por último los sólidos tiene multiples características y/o propiedades específicas, como por ejemplo:-

• Elasticidad: Un sólido recupera su forma original cuando es deformado. Un resorte es un objeto en que podemos observar esta propiedad.
• Fragilidad: Un sólido puede romperse en muchos pedazos (quebradizo).
• Dureza: Un sólido es duro cuando no puede ser rayado por otro más blando. El diamante es un sólido con dureza elevada.
• Forma definida: Tienen forma definida, son relativamente rígidos y no fluyen como lo hacen los gases y los líquidos, excepto a bajas presiones extremas.
• Volumen definido: Debido a que tienen una forma definida, su volumen también es constante.
• Alta densidad: Los sólidos tienen densidades relativamente altas debido a la cercanía de sus moléculas por eso se dice que son más “pesados”
• Flotación: Algunos sólidos cumplen con esta propiedad, solo si su densidad es menor a la del liquido en el cual se coloca.
• Inercia: es la dificultad o resistencia que opone un sistema físico o un sistema social a posibles cambios, en el caso de los sólidos pone resistencia a cambiar su estado de reposo.
• Tenacidad: En ciencia de los Materiales la tenacidad es la resistencia que opone un material a que se propaguen fisuras o grietas.
• Maleabilidad: Es la propiedad de la materia, que presentan los cuerpos a ser labrados por deformación. La maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa, teniendo en común que no existe ningún método para cuantificarlas.
• Ductilidad La ductilidad se refiere a la propiedad de los sólidos de poder obtener hilos de ellos.

Todas estas dependen de las características de las fuerzas de enlace entre sus partículas .