MONOGRAFIAS CIENTÍFICAS
APUNTES DE QUÍMICA
GEOMETRÍA DE LOS CRISTALES


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ESTRUCTURAS TIPO

Para iones del tipo MX existen cuatro estructuras tipo que son:
    1ª) tipo NaCl y se caracteriza por un número de coordinación 6, con una relación de radios comprendida entre 0,41 a 0,73.
    Es una estructura octaédrica en las que los aniones están colocados los vértices del octaedro y en el centro está colocado el catión.

    2ª) tipo CsCl que se caracteriza por tener un número de coordinación 8, con una relación de radios comprendida entre 0, 73 y superiores.
    Es una estructura cubica en la cual el catión ocupa el centro de la celda unidad y los aniones las 8 aristas.

    3ª) tipo ZnS (blenda) que se caracteriza por tener un número de coordinación igual a 4, con una relación de radios comprendida entre 0,225 y 0,414.
    La celda unidad tiene estructura tetraédrica en la cual los aniones ocupan los vértices de las aristas y el catión el centro del tetraedro.

    4ª) tipo ZnS (Wurzita) tienen las mismas características que el tipo anterior y la diferencia estriba en que el primero pertenece al sistema cúbico y el segundo al sistema hexagonal.
la química es ciencia

 
Para compuestos del tipo \( MX_2\) existen dos estructuras tipo, la estructura tipo fluorita (\( CaF_2 \)) y la estructura tipo rutilo (\( TiO_2 \))
La primera se caracteriza por tener un número de coordinación del catión igual a 8 y un número de coordinación del anión igual a 4. La segunda tiene un número de coordinación para el catión igual a 6 y 3 para el anión.
La unidad cristalina en la fluorita es de tal forma que cada ion \( Ca^{++} \) encuentra en el centro de un cubo de 8 iones \( F^- \). Cada ion \( F^- \) se encuentra en el centro de un tetraedro de 4 iones \( Ca^{++} \).
La unidad cristalina en la estructura tipo rutilo consíste en un cuerpo prismático con un ion titanio en el centro y en cada vértice. Un octaedro (6 puntos) de iones oxígeno rodea al titanio central, de forma que dos están en el interior, diagonal y 4 en las caras.


Estructura tipo rutilo


Para compuestos del tipo \( M_2X \) se presentan dos estructuras tipo, denominadas respectivamente tipo antifluorita y tipo antirutilo. Las características de estas estructuras son las mismas que para las de tipo fluorita y tipo rutilo solo que invertidas las funciones del catión y del anión.
Como ejemplo de compuestos que presentan las estructuras estudiadas, se tienen:
    NaI , IK , RbI, presenta estructura del tipo NaCl.

    CsBr , TaCl , TaBr , TaI, presentan estructura del tipo CsCl.

    ZnS , CuI , BeS , BeSe , presentan estructura tipo blenda.

    ZnS , ZnSe , CuCl , BeO , presentan estructura del tipo wurzita.

    CdF2, ZrO2 , SrFe , MgF2 , TrO2 , BaF2, presentan estructura del tipo fluorita.

    Li2O , Li2S , presentan estructuras del tipo antifluorita.

    MgF2 , NiF22 , NiO2 , MnO2 , SnO2 , GeO2 , presentan estructuras del tipo rutilo
Los compuestos que presentan la estructura del tipo antirutilo son raros.

PROPIEDADES GENERALES DE LOS COMPUESTOS IÓNICOS
Una característica de los compuestos iónicos y su fragilidad; esta propiedad se explica a casa de que si se encuentra un ion fuera de su posición normal se somete a las interacciones de otros iones del mismo signo, parecen fuerzas que causa la rotura del cristal.
Presenta una gran dureza, aunque es menor que la de los cristales covalentes. La dureza aumenta al disminuir la distancia interiónica para cristales con estructuras semejantes y con la misma carga iónica de los iones y también aumenta con la carga iónica para cristales con estructuras semejantes e igual distancia interiónica.
Altos puntos de fusión y ebullición, y en fase de vapor se forman pares iónicos.
En estado sólido son muy poco conductores la electricidad, vinos en disolución son buenos conductores; la causa de ello es que aumenta la movilidad de los iones, que en estado sólido es mínima. Se les denomina electrolitos.
Son solubles en disolventes polares y en aquellos que presentan una constante dieléctrica alta.
El hecho de que sean solubles en disolventes polares está relacionado con la energía de solvatación, qué debe ser mayor que la energía reticular para que el compuesto se disuelva.
    \(Na^+ + nH_2O\;\rightarrow Na^+ \:(solvatado)+ E\:(solvatación) \)
El alto valor de la constante dieléctrica para el agua hace de ella un buen disolvente de compuestos iónicos.

ENLACE METÁLICO
Las características fundamentales de las sustancias que presentan enlace metálico son brillo, ductilidad, maleabilidad, conductividad, etc.
Para explicar este tipo de enlaces se le aplicaron las características de los compuestos de tipo iónico, pero se vio que no era satisfactorio, por existir en los cristales un solo de átomos.
Tampoco podían explicarse las características por medio del enlace de van der Waals entre otras características, este enlace no puede explicar la mesa que presentan estos cuerpos.
El enlace covalente tampoco se ajusta a la realidad por el alto número de coordinación que tienen los átomos en las sustancias que presentan este tipo de enlaces.
El primer modelo propuesto que intentaba explicar las propiedades observadas en este tipo de sustancias fue suponer un conjunto de iones positivos sumergidos en un mar electrónico en el que los electrones se comportasen como un gas ideal. no obstante, el cálculo del calor específico no coincidió en muchos casos con un valor experimental.
Según el modelo actual se podría decir que los orbitales de los átomos se solapan dando un número muy elevado de niveles de energía todos ellos muy próximos entre sí (característica que se denomina banda de energía) de forma que en la transición de un electrón de un nivel a otro dentro de una banda, producir a temperatura ambiente. El paso de un electrón de una banda a otra requiere mayor energía y la probabilidad de encontrar un electrón en una zona intermedia es muy pequeña, aunque distinta de cero.
Los electrones irían ocupando las bandas de menor energía. Una banda llena se denomina banda de valencia y una banda vacía se denomina banda de conducción.
Cuando la separación entre una banda de valencia y una banda de conducción es grande, quita mucha energía para pasar un electrón de la primera a la segunda y entonces el compuesto presenta propiedades de aislante.
banda de energía en aislantesbanda de energía en conductoresbanda de energía en semiconductores
bandas de energía
En los conductores típicos, están solapadas. En los semiconductores las bandas se encuentran tangentes.
La conductividad disminuye al aumentar la temperatura en los conductores y aumenta en los semiconductores.

TIPOS DE EMPAQUETAMIENTO
La mayoría de los elementos metálicos cristalizan según tres tipos de redes:
El primero de ellos se denomina empaquetamiento cubico compacto y está constituido por los cubos en los que los átomos del mental ocupan los vértices y los centros de las caras. El índice de coordinación es 12. Ejemplos: Cu , Ag , Au , Ni , Pt.
Los cristales de este tipo presenta la propiedad llamada maleabilidad.
El segundo se denomina empaquetamiento hexagonal compacto. Átomos ocupan vértices y los centros de las bases de un prisma hexagonal tonto el índice de coordinación es 12.13 tipo de estructura los metales alcalinoterreos y algunos metales de transición cómo rutenio, osmio, circonio y hafnio.
El tercero se denomina empaquetamiento cubico centrado en el cuerpo. Los átomos ocupan los vértices de un cubo y el centro del mismo. El índice de coordinación es 8 y como ejemplo se tienen los metales alcalinos.

PROPIEDADES DE LOS METALES
Los metales alcalinos tienen puntos de fusión relativamente bajos, son suaves, densos y maleables.
Las propiedades químicas de los metales, son:
Formación de cationes.
Sus óxidos e hidróxidos son básicos.
Los haluros son compuestos heteropolares que en disolución se disocian en los iones correspondientes.
Actúa únicamente con reductores.
Todas esas propiedades son consecuencia de su escasa afinidad electrónica o lo que es equivalente a su energía de ionización muy pequeña.
Las propiedades físicas más importantes de los metales son las de tipo general consideradas en cualquier sustancia, como la densidad, puntos de fusión y de ebullición, calor específico, conductividad calorífica, resistencia eléctrica coeficiente de dilatación, coeficiente de compresibilidad, estructura cristalina, etc. Las de tipo mecánico de gran interés técnico qué expresa la resistencia ofrecida por el metal a las distintas clases de esfuerzos a que puede estar sometido. Los metales con una densidad mayor que 5 se denominan metales pesados y los que tienen una densidad menor que 5 se denominan metales ligeros.
La mayoría de los metales son buenos conductores del calor y la electricidad; son fotosensibles y termoiónicos; presenta el llamado efecto fotoeléctrico qué consiste en que la energía radiante que incide sobre la superficie del metal causa una proyección de electrones. Energía debe ser como mínimo igual al potencial de ionización del metal.
A excepción del cobre y oro, son de color blanco o gris claro y posee el llamado brillo metálico.
A temperatura ambiente se encuentran todos en estado sólido, exceptuando el mercurio que funde a - 38,9ºC y el galio que funde a 29,8 ºC.
Naturalidad qué consiste en la capacidad de deformación plástica de un metal para poder ser estirado en alambres y la maleabilidad que consiste en la plasticidad correspondiente a ser laminado Omar chapas delgadas, ciudades características del estado metálico, bebidas al hecho de que los desplazamientos de los átomos en un cristal metálico no destruyen las fuerzas atractivas de carácter general que los une, es que los cristales iónicos, se ha dicho, estos desplazamientos producen una gran aproximación de los iones de igual carga repulsión origina la rotura del cristal por tanto, frágil.

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Página publicada por: José Antonio Hervás