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viernes, 2 de octubre de 2009
jueves, 1 de octubre de 2009
• La Química del estado Sólido
Es el estudio de los materiales sólidos, sean de base molecular, metálica, cristalina o cerámica. La química del estado sólido estudia tanto la síntesis química como la estructura y las propiedades físicas de los sólidos. De esta forma, tiene un solapamiento intenso con la física del estado sólido, la mineralogía, la cristalografía, la cerámica, la metalurgia, la termodinámica, la ciencia de materiales y la electrónica.
• Estado Sólido
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.
En el estado sólido las partículas solamente pueden moverse vibrando u oscilando alrededor de posiciones fijas, pero no pueden moverse trasladándose libremente a lo largo del sólido.
Las partículas en el estado sólido propiamente dicho, se disponen de forma ordenada, con una regularidad espacial geométrica, que da lugar a diversas estructuras cristalinas.
• Estado Sólido Amorfo
El sólido amorfo es un estado sólido de la materia, en el que las partículas que conforman el sólido carecen de una estructura ordenada. Estos sólidos carecen de formas y caras bien definidas. Esta clasificación contrasta con la de sólidos cristalinos, cuyos átomos están dispuestos de manera regular y ordenada formando redes cristalinas.
Muchos sólidos amorfos son mezclas de moléculas que no se pueden apilar bien. Casi todos los demás se componen de moléculas grandes y complejas. Entre los sólidos amorfos más conocidos destaca el vidrio.
Un mismo compuesto, según el proceso de solidificación, puede formar una red cristalina o un sólido amorfo. Por ejemplo, según la disposición espacial de las moléculas de sílice (SiO2), se puede obtener una estructura cristalina (el cuarzo) o un sólido amorfo (el vidrio).
• Obtención de sólidos amorfos
Los sólidos amorfos se pueden formar, en condiciones naturales, si crecen en condiciones donde no existe suficiente movilidad de los átomos. En el año 1969, David Turnbull escribió que "probablemente todos los materiales pueden, si se enfrían con la suficiente rapidez y lejanía de la temperatura crítica, ser trasformados en sólidos amorfos".
Artificialmente, existen varios métodos de obtención de sólidos amorfos. El método más antiguo y más empleado es el de la fundición templada, del que se conocen algunas variedades:
-Bloque congelado: Esta técnica necesita de un alto rango de temperaturas para el enfriamiento y formar una aleación metálica. Un chorro de metal fundido es propulsado contra la superficie de un cilindro de cobre, el cual se encuentra en rápida rotación, lo que obliga al líquido a enfriarse (a temperatura ambiente o menor). Dentro de la técnica del bloque congelado, se distingue entre splat-cooling y el templado giratorio de extracción.
-Templado con líquido: Esta técnica puede ser utilizada para el enfriamiento de líquidos, utilizando baños de hielo en los cuales se introducen pequeñas cantidades de fundido; permite enfriar con rangos de velocidad altos.
-Templado al aire: Esta técnica puede ser utilizada para materiales con tendencia a la formación de sólidos amorfos. Se puede obtener la fundición con enfriamiento lento, lo cual se consigue apagando el horno. Sólidos amorfos obtenidos mediante este método son SiO2, As2S3 y poliestireno.
-Condensación del vapor: Esta técnica comienza cuando el vapor formado en una cámara de vacío, por la evaporación del material, choca con una superficie fría, obteniéndose una sustancia amorfa.
• Aplicaciones
Debido a sus propiedades mecánicas, hay un gran número de sólidos amorfos que se emplean como materiales para la industria y la construcción.
Los óxidos amorfos, gracias a su transparencia, solidez y facilidad para darle forma en láminas grandes, se emplean profusamente como vidrio de ventana. Ciertos polímeros orgánicos, en virtud de su resistencia y peso ligero y fácil procesamiento, se emplean como materiales estructurales (plásticos). Existen semiconductores amorfos que se emplean en las memorias de ordenador y en células solares gracias a sus propiedades ópticas fotovoltaicas y en la facilidad para crear películas delgadas de gran superficie. Los metales amorfos se emplean en núcleos de transformadores gracias a su ferromagnetismo, bajas pérdidas y la posibilidad de formar cintas largas. El calcogenuro amorfo se emplea en xerografía en virtud de su fotoconductividad y la posibilidad de formar películas de gran área.
Link relacionado:
http://www.mitecnologico.com/Main/EstructuraAmorfa
• Estado Sólido Cristalino
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 sigue siendo suficientemente grande para que el líquido pueda cambiar de forma sin cambiar apreciablemente de volumen, adaptándose al recipiente que lo contiene.
En fìsica del estado sòlido y quìmica, un cristal es un sólido homogéneo que presenta una estructura interna ordenada de sus partículas reticulares, sean àtomos, iones o molèculas. La palabra proviene del griego crystallos, nombre que dieron los griegos a una variedad del cuarzo, que hoy se llama cristal de roca.
Aunque el vidrio se le suele confundir con un tipo de cristal, en realidad el vidrio no posee las propiedades moleculares necesarias para ser considerado como tal. El vidrio, al contrario de un cristal, es amorfo.
En un cristal, los átomos e iones se encuentran organizados de forma simétrica en celdas elementales, que se repiten indefinidamente formando una estructura cristalina. Un cristal suele tener la misma forma de la estructura cristalina que la conforma.
Del estudio de la estructura, composición, formación y propiedades de los cristales se ocupa la Cristalografìa.
Los cristales se distinguen de los sólidos amorfos no solo por su geometría regular, sino también por la anisotropìa de sus propiedades (que no son las mismas en todas las direcciones) y por la existencia de elementos de simetrìa. Como ha demostrado el estudio de sus estructura gracias a la difracción de rayos X, los cristales están formados por la unión de partículas dispuestas de forma regular siguiendo un esquema determinado que se reproduce, en forma y orientación, en todo el cristal y que crea una red tridimencional (estructura reticular).
Link relacionado:
http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_cristalinoDiferencias entre sólidos cristalinos y amorfos
La principal diferencia entre un sólido cristalino y un sólido amorfo es su estructura. En un sólido cristalino existe una ordenación de los átomos a largo alcance, mientras que en los sólidos amorfos no se puede predecir donde se encontrará el próximo átomo. En este hecho se basan los diferentes métodos de diferenciación entre ambos tipos de sólido, que en algunos casos no es fácil de establecer a simple vista. Dichos métodos de diferenciación incluyen: • Difracción La difracción consiste en enviar un haz de radiación sobre el sólidos y tomar medidas a diferentes ángulos en un amplio rango angular, con el objetivo de deducir la disposición de los átomos en el sólido objeto de estudio. • Calorimetría La calorimetría consiste en medir la cantidad de calor captado o cedido por el sólido estudiado en el momento de solidificación. En un sólido amorfo, la disposición irregular de sus átomos hace que posea una alta entropía (alto desorden) con respecto al sólido cristalino, que está perfectamente ordenado.
• Minerales
Un mineral es un sólido homogéneo, inorgánico. Que se presenta de manera natural y que posee una estructura atómica ordenada y una composición química definida o que varia dentro de ciertos límites, lo que le confiere una serie de propiedades físicas y características determinadas.
Esta definición excluye productos obtenidos artificialmente y ciertas sustancias que algunos autores consideran verdaderos minerales, mientras que otros las denominan mineraloides. Tal es el caso de las sustancias amorfas que carecen de estructura interna ordenada. Como por ejemplo el ópalo y la calcedonia; o de sustancias en estado liquido (petróleo), o gaseoso (metano). Esta definición es también ambigua en el sentido de que existen algunos minerales, por ejemplo la calcita (CaCO3), que puede ser producida por organismos vivos y que en nada difiere de la calcita formada por procesos naturales en los que no hay organismos implicados.
Vemos, por lo tanto, que la definición de mineral es compleja ya que no se ha alcanzado un consenso respecto al significado exacto del término
Una vez definido el término mineral, una roca puede considerarse, simplemente, como un agregado o asociación de uno o más minerales que conservan individualmente sus propiedades.
Una roca estará caracterizada por la presencia de determinados minerales, en proporciones distintas dentro de cada tipo de roca. Una roca puede estar formada por un solo mineral (yeso, caliza) o por varios minerales (granito).
Los minerales pueden formarse por cristalización a partir de fluidos o por transformaciones en estado sólido. El primer caso incluye:
a)- enfriamiento de materiales fundidos de origen magmático (olivino, piroxenos)
b)- evaporación a partir de una disolución acuosa (halita, yeso)
c)- por sublimación de vapores (azufre)
En el segundo caso, las transformaciones se producen por cambios en las condiciones ambientales, básicamente presión y temperatura.
La importancia del estudio de los minerales radica en el hecho de que, además del valor económico que puedan tener (piedras preciosas, menas, etc.), constituyen un criterio de clasificación de las rocas y, sobre todo, porque proporcionan información sobre las condiciones en las que los minerales, y las rocas que los contienen, se han formado. Así, por ejemplo, a partir del estudio de los minerales formados en zonas profundas podemos deducir las condiciones físico-químicas que imperan en estas zonas, inaccesibles a la observación a la observación directa. Por otro lado, el estudio de minerales formados en condiciones superficiales nos puede ayudar a determinar las condiciones que predominaron en la superficie de la tierra en épocas pasadas. Podemos, por ejemplo, deducir la composición del agua de mares antiguos, a partir de los minerales que se formaron por evaporación de esta agua, o deducir variaciones paleo climáticas a partir de minerales que se formaron por alteración de rocas superficiales.
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• Cristalografía
La cristalografía es la ciencia que se dedica al estudio y resolución de estructuras cristalinas. La mayoría de los minerales adoptan formas cristalinas cuando se forman en condiciones favorables. La cristalografía es el estudio del crecimiento, la forma y la geometrìa de estos cristales.
La disposición de los àtomos en un cristal puede conocerse por difracciòn de los rayos X. La quìmica cristalogràfica estudia la relación entre la composición química, la disposición de los átomos y las fuerzas de enlace entre éstos. Esta relación determina las propiedades físicas y químicas de los minerales.
Cuando las condiciones son favorables, cada elemento o compuesto químico tiende a cristalizarse en una forma definida y característica. Así, la sal tiende a formar cristales cùbicos, mientras que el granate, que a veces forma también cubos, se encuentra con más frecuencia en dodecaedros ( sólidos con 12 caras) o triaquisoctaedros (sólidos con 24 caras). A pesar de sus diferentes formas de cristalización, la sal y el granate cristalizan siempre en la misma clase y sistema.
En teoría son posibles treinta y dos clases cristalinas, pero sólo una docena incluye prácticamente a todos los minerales comunes y algunas clases nunca se han observado. Estas treinta y dos clases se agrupan en seis sistemas cristalinos, caracterizados por la longitud y posición de sus ejes (líneas imaginarias que pasan por el centro del cristal e interceptan las caras definiendo relaciones de simetría en el cristal). Los minerales de cada sistema comparten algunas características de simetrìa y forma cristalina, así como muchas propiedades ópticas importantes.
Los siete sistemas cristalinos tienen mucha importancia para los mineralogistas y los gemólogos; la especificación del sistema es necesaria en la descripción de cualquier mineral.
Link relacionado:
http://es.wikipedia.org/wiki/Cristalograf%C3%ADa
• Simetría
En química la simetría geométrica de las moléculas es importante, particularmente en química orgánica. Además propiedades como su momento dipolar y las transiciones espectroscópicas permitidas (basadas en reglas de selección como la regla de Laporte) pueden predecirse o ser explicadas a partir de la simetría de la molécula. Las simetrías que aparecen en química están asociadas a grupos finitos de isometrías, en concreto son grupos puntuales de transformaciones de isometría.
La simetría molecular describe la simetría de las moléculas y utiliza este criterio para su clasificación. La simetría molecular es un concepto fundamental en química, pues muchas de las propiedades químicas de una molécula, como su momento dipolar y las transiciones espectroscópicas permitidas (basadas en reglas de selección como la regla de Laporte) pueden predecirse o ser explicadas a partir de la simetría de la molécula.
Aunque existen varios marcos teóricos en los que la simetría molecular puede estudiarse, la teoría de grupos es el principal. Existen muchas técnicas para establecer empíricamente la simetría molecular, incluyendo la cristalografía de rayos X y varias formas de espectroscopía.
Elementos de simetría
Esta disposición ordenada hace que aparezcan elementos geométricos de simetría tales como ejes, planos y centros de simetría
La simetría de una molécula puede describirse según 5 tipos de elementos de simetría:
-El eje de simetría (Cn) es un eje alrededor del cual en una rotación resulta en una molécula indistinguible de la original. El C2 en el agua y el C3 en el amoníaco son dos ejemplos. Una molécula puede tener varios ejes de simetría. Aquel con un n más alto se denomina eje principal, y se le asigna el eje z en el sistema de coordenadas cartesiano.
-El plano de simetría o plano especular (σ) es un plano de reflexión a través del cual se obtiene una copia idéntica a la molécula original. El agua tiene dos: uno en el plano de la misma molécula y otro perpendicular a él. Un plano de simetría puede identificarse también por su orientación cartesiana: (xz) o (yz).
-El centro de simetría (i) es aquel por el que, para cualquier átomo en la molécula, existe un átomo idéntico diametralmente opuesto.
-El eje de rotación-reflexión (Sn) es un eje alrededor del cual, una rotación , seguida de una reflexión en el plano perpendicular a él, deja la molécula sin cambio.
-La identidad (E) consiste en ningún cambio. Toda molécula tiene este elemento, y aunque parece físicamente trivial, su consideración es necesaria para la teoría de grupos.
Link relacionado:
http://es.wikipedia.org/wiki/Simetr%C3%ADa_molecular
• Red espacial cristalina
La red cristalina está formada por iones de signo opuesto, de manera que cada uno crea a su alrededor un campo eléctrico que posibilita que estén rodeados de iones contrarios.
El ordenamiento en las tres direcciones del espacio de los distintos átomos, iones o grupos iónicos, considerados como puntos geométricos o nudos, forma una red espacial cristalina. Esta red es el resultado de la repetición, por translación en las tres direcciones del espacio de una unidad estructural denominada poliedro fundamental. Este poliedro está definido por tres vectores fundamentales de traslación, formando tres ángulos y en función de estos tres vectores y de los ángulos que forman podemos definir siete tipos de poliedros fundamentales.
La combinación de estos poliedros con la distinta distribución o la 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.
Uno de los parámetros básicos de todo cristal es el llamado índice de coordinación que podemos definir como el número de iones de un signo que rodean a un ion de signo opuesto. Podrán existir, según los casos, índices diferentes para el catión y para el anión.
El índice de coordinación, así como el tipo de estructura geométrica en que cristalice un compuesto iónico dependen de dos factores:
• Tamaño de los iones. El valor del radio de los iones marcará las distancias de equilibrio a que éstos se situarán entre sí por simple cuestión de cabida eni espacio de la red.
• Carga de los iones. Se agruparán los iones en la red de forma que se mantenga la electroneutralidad del cristal.
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El ordenamiento en las tres direcciones del espacio de los distintos átomos, iones o grupos iónicos, considerados como puntos geométricos o nudos, forma una red espacial cristalina. Esta red es el resultado de la repetición, por translación en las tres direcciones del espacio de una unidad estructural denominada poliedro fundamental. Este poliedro está definido por tres vectores fundamentales de traslación, formando tres ángulos y en función de estos tres vectores y de los ángulos que forman podemos definir siete tipos de poliedros fundamentales.
La combinación de estos poliedros con la distinta distribución o la 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.
Uno de los parámetros básicos de todo cristal es el llamado índice de coordinación que podemos definir como el número de iones de un signo que rodean a un ion de signo opuesto. Podrán existir, según los casos, índices diferentes para el catión y para el anión.
El índice de coordinación, así como el tipo de estructura geométrica en que cristalice un compuesto iónico dependen de dos factores:
• Tamaño de los iones. El valor del radio de los iones marcará las distancias de equilibrio a que éstos se situarán entre sí por simple cuestión de cabida eni espacio de la red.
• Carga de los iones. Se agruparán los iones en la red de forma que se mantenga la electroneutralidad del cristal.
Link relacionado:
http://zorro0072002.iespana.es/Quimica2/Tema3/red.htm
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Redes espaciales de Bravais
Las catorce redes espaciales de Bravais resultan de la combinación de las siete celdas elementales con la distinta distribución o disposición de los nudos en una red espacial. Hay que destacar las siete redes fundamentales que corresponden a los siete sistemas cristalinos: triclínica; monoclínica simple y cúbica simple; rómbica simple; romboédrica; hexagonal; tetragonal simple y cúbica simple.
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•Cristaloquìmica
La cristaloquímica es una rama de la cristalografia que estudia la composición de la materia cristalina y su relación con la fórmula cristalográfica. Incluye el estudio de los enlaces quìmicos, la morfologìa y la formación de estructuras cristalinas, de acuerdo con las características de los àtomos, iones o molèculas, así como su tipo de enlace.
Hasta ahora hemos considerado al cristal como una red tridimensional de nudos ocupando posiciones fijas que, aunque es una visión puramente geométrica, nos ha permitido ver algunos aspectos de la simetría de los cristales.
En realidad, sin embargo, cada nudo de la red esta ocupado por un átomo, Ion, grupo iónico molécula que se mantienen unidos mediante distintos tipos de enlaces químicos mas o menos resistentes. Cada nudo de la red representa la posición de equilibrio que solo se alcanza totalmente en el cero absoluto de la temperatura. De hecho estas partículas oscilan constantemente de forma que al aumentar la temperatura aumenta la agitación de las partículas, pudiendo producir distorsiones de la red o incluso llegar a romperla totalmente. Cuando esto ocurre, se rompen los enlaces químicos que mantenían unido el edificio cristalino y se produce, el paso del estado sólido al liquido.
- Edificios iónicos
En los edificios iónicos, los átomos se mantiene en sus posiciones gracias a la atracción electrostática que se establece entre iones de carga opuesta, es decir, entre aniones, iones con carga negativa, y cationes, iones con carga positiva. El enlace iónico se caracteriza por la transferencia de uno o más electrones de un átomo a otro, que deja iones de carga opuesta en contacto, produciendo un enlace químico muy fuerte. Este tipo enlace aparece en un gran número de minerales tales como: carbonatos, sulfatos, algunos óxidos, halogenuros, sulfuros, etc. Un ejemplo típico es la sal común o halita (NaCl), donde los iones Cl- y Na+ se distribuyen en posiciones alternantes. En la capa externa del anion Cl- hay un electrón en exceso, tomando de la capa más externa del cation Na+, que ha quedado con un electrón menos, y, por lo tanto, con carga positiva.
En estos edificios, los cationes, que ocupan una posición central, están rodeados por un número determinado de aniones que definen la coordinación o numero de coordinación de ese cation. En general se observa una tendencia clara a que los iones se agrupen en estructuras lo mas 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 cation y los aniones que lo rodean, siendo el radio iónico la distancia desde el centro del núcleo del átomo hasta el orbital mas externo. Un cation central grande puede estar rodeado de un mayor número de aniones que un cation de radio pequeño. Así, por ejemplo, un número de coordinación 4 indica que existen cuatro aniones alrededor de un cation central.
- Los edificios covalentes
En los edificios covalentes, los átomos se enlazan compartiendo uno o varios pares de electrones, cuyos orbitales comunes ejercen la acción de enlace. Es frecuente entre elementos electronegativos, que ceden con dificultad sus electrones. Debido a que los átomos comparten parte de sus envolturas externas de electrones, el enlace covalente es el mas fuerte que existe y suele estar dirigido en determinadas direcciones. El diamante es un mineral típico con enlace covalente, en el que 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.
Las reacciones entre dos átomos no metales producen enlaces covalentes. Este tipo de enlace se produce cuando existe electronegatividad polar y se forma cuando la diferencia de electronegatividad no es suficientemente grande como para que se efectúe transferencia de electrones. De esta forma, los dos átomos comparten uno o más pares electrónicos en un nuevo tipo de orbital, denominado orbital molecular.
A diferencia de lo que pasa en un enlace iònico, en donde se produce la transferencia de electrones de un àtomo a otro, en el en lace quìmico covalente, los electrones de enlace son compartidos por ambos átomos. En el enlace covalente, los dos átomos no metálicos comparten un electrón, es decir se unen por uno de sus electrones del último orbital, el cual depende del nùmero atòmico del átomo en cuestión.
Características del enlace covalente
* Enlace sencillo: 2 electrones unidos físicamente por los subniveles inferiores métricos
* Enlace doble: se comparten dos pares de electrones.
* Enlace triple: se comparten 3 pares de electrones.
* Formado el enlace covalente coordinado es idéntico a los demás enlaces covalentes.
* Se representa con una flecha " →
- Los Edificios Metálicos
Los nudos de la red cristalina están ocupados por núcleos atómicos rodeados por una nube de electrones, con gran movilidad, que no pertenecen a ninguna tomo en concreto, pero que son comunes a todos ellos. Son propios de elementos poco electronegativos, que liberan con facilidad los electrones de sus orbitales más externos. Se suelen dar en metales, aleaciones naturales y algunos sulfuros y arseniuros. La gran movilidad de loes electrones les confiere una gran conductividad eléctrica y térmica.
- Los Edificios Moleculares
Son característicos de las sustancias orgánicas, aunque pueden darse en algunas sustancias inorgánicas como en el azufre. Los nudos de la red cristalina están ocupados por moléculas eléctricamente neutras, que se mantienen unidad por cargas eléctricas residuales muy débiles semejantes a las fuerzas de Van der Waals, existentes en los gases.
- Los Edificios Mixtos
Es muy frecuente que un mismo edificio cristalino los átomos, iones o moléculas estén unidos mediante distintos tipos de enlaces, como es el caso, por ejemplo, del grafito. Este mineral contiene únicamente átomos de carbonos (C) dispuestos en una estructura laminar. En cada lamina, los átomos de carbono se unen mediante enlace covalente de forma que las laminas son muy fuertes y flexibles, mientras que el enlace que prevalece entre las laminas es un enlace muy débil que facilita el deshojamiento o escamaciòn de estas laminas, de ahí que la exfoliación sea perfecta a lo largo de estos planos.
El tipo de enlace que prevalece en un edificio cristalino determina, en gran medida algunas propiedades de los minerales: dureza, conductividad eléctrica, punto de fusión, solubilidad, etc.
Tipo de enlace y propiedades de los minerales
Edificios y fuerzas del enlace:
a) Iónico-Fuerte:
- Naturaleza: Atracciones electrostática entre iones de cargas opuestas.
-Dureza: Moderada a alta
-Propiedades eléctricas y solubilidad (en agua y ácidos débiles): Aislantes medios y alta.
-Propiedades estructurales: No dirigido, coordinación elevada entre los iones, estructura densa.
-Propiedades Térmicas: Temperatura de fusión bastante alta. En estado fundido: iones.
-Mineral (ejemplo): Calcita (CaCO3) y Halita (NaCl).
b) Covalente- Muy fuerte:
- Naturaleza: Se compartes pares de electrones
- Dureza: Alta
- Propiedades eléctricas y solubilidad (en agua y ácidos débiles): Aislantes- Muy baja
- Propiedades estructurales: Enlace dirigido, coordinación débil, estructura poco densa.
-Propiedades térmicas: Temperatura de fusión elevada. En estado fundido: moléculas
- Mineral (ejemplo): Diamante (C) y Esfarelita (ZnS)
c)- Mixto, iónico y covalente- Muy fuerte
- Dureza: Moderada a alta
- Propiedades eléctricas y solubilidad (en agua y ácidos débiles): Aislantes- Baja.
- Propiedades Térmicas: Temperatura de fusión elevada
- Mineral (ejemplo): Olivino (Mg2SiO4) y Moscovita.
d)- Metálico- Variable
- Naturaleza: Se compartes electrones libres
- Dureza: Baja
- Propiedades eléctricas y solubilidad (en agua y ácidos débiles): Conductores- Muy baja
- Propiedades estructurales: No dirigido, coordinación muy elevada, estructura muy densa.
- Propiedades térmicas: Temperatura de fusión variable.
- Mineral (ejemplo): Oro (Au) y Cobre (Cu)
e)- Molecular- Muy débil
-Naturaleza: Fuerzas electrostáticas en los dipolos
- Dureza: Muy baja
- Propiedades eléctricas y solubilidad (en agua y ácidos débiles): Aislantes- Baja
- Propiedades estructurales: Similares al enlace metálico
- Propiedades térmicas: Temperatura de fusión baja
- Mineral (ejemplo): Azufre (S).
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Hasta ahora hemos considerado al cristal como una red tridimensional de nudos ocupando posiciones fijas que, aunque es una visión puramente geométrica, nos ha permitido ver algunos aspectos de la simetría de los cristales.
En realidad, sin embargo, cada nudo de la red esta ocupado por un átomo, Ion, grupo iónico molécula que se mantienen unidos mediante distintos tipos de enlaces químicos mas o menos resistentes. Cada nudo de la red representa la posición de equilibrio que solo se alcanza totalmente en el cero absoluto de la temperatura. De hecho estas partículas oscilan constantemente de forma que al aumentar la temperatura aumenta la agitación de las partículas, pudiendo producir distorsiones de la red o incluso llegar a romperla totalmente. Cuando esto ocurre, se rompen los enlaces químicos que mantenían unido el edificio cristalino y se produce, el paso del estado sólido al liquido.
- Edificios iónicos
En los edificios iónicos, los átomos se mantiene en sus posiciones gracias a la atracción electrostática que se establece entre iones de carga opuesta, es decir, entre aniones, iones con carga negativa, y cationes, iones con carga positiva. El enlace iónico se caracteriza por la transferencia de uno o más electrones de un átomo a otro, que deja iones de carga opuesta en contacto, produciendo un enlace químico muy fuerte. Este tipo enlace aparece en un gran número de minerales tales como: carbonatos, sulfatos, algunos óxidos, halogenuros, sulfuros, etc. Un ejemplo típico es la sal común o halita (NaCl), donde los iones Cl- y Na+ se distribuyen en posiciones alternantes. En la capa externa del anion Cl- hay un electrón en exceso, tomando de la capa más externa del cation Na+, que ha quedado con un electrón menos, y, por lo tanto, con carga positiva.
En estos edificios, los cationes, que ocupan una posición central, están rodeados por un número determinado de aniones que definen la coordinación o numero de coordinación de ese cation. En general se observa una tendencia clara a que los iones se agrupen en estructuras lo mas 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 cation y los aniones que lo rodean, siendo el radio iónico la distancia desde el centro del núcleo del átomo hasta el orbital mas externo. Un cation central grande puede estar rodeado de un mayor número de aniones que un cation de radio pequeño. Así, por ejemplo, un número de coordinación 4 indica que existen cuatro aniones alrededor de un cation central.
- Los edificios covalentes
En los edificios covalentes, los átomos se enlazan compartiendo uno o varios pares de electrones, cuyos orbitales comunes ejercen la acción de enlace. Es frecuente entre elementos electronegativos, que ceden con dificultad sus electrones. Debido a que los átomos comparten parte de sus envolturas externas de electrones, el enlace covalente es el mas fuerte que existe y suele estar dirigido en determinadas direcciones. El diamante es un mineral típico con enlace covalente, en el que 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.
Las reacciones entre dos átomos no metales producen enlaces covalentes. Este tipo de enlace se produce cuando existe electronegatividad polar y se forma cuando la diferencia de electronegatividad no es suficientemente grande como para que se efectúe transferencia de electrones. De esta forma, los dos átomos comparten uno o más pares electrónicos en un nuevo tipo de orbital, denominado orbital molecular.
A diferencia de lo que pasa en un enlace iònico, en donde se produce la transferencia de electrones de un àtomo a otro, en el en lace quìmico covalente, los electrones de enlace son compartidos por ambos átomos. En el enlace covalente, los dos átomos no metálicos comparten un electrón, es decir se unen por uno de sus electrones del último orbital, el cual depende del nùmero atòmico del átomo en cuestión.
Características del enlace covalente
* Enlace sencillo: 2 electrones unidos físicamente por los subniveles inferiores métricos
* Enlace doble: se comparten dos pares de electrones.
* Enlace triple: se comparten 3 pares de electrones.
* Formado el enlace covalente coordinado es idéntico a los demás enlaces covalentes.
* Se representa con una flecha " →
- Los Edificios Metálicos
Los nudos de la red cristalina están ocupados por núcleos atómicos rodeados por una nube de electrones, con gran movilidad, que no pertenecen a ninguna tomo en concreto, pero que son comunes a todos ellos. Son propios de elementos poco electronegativos, que liberan con facilidad los electrones de sus orbitales más externos. Se suelen dar en metales, aleaciones naturales y algunos sulfuros y arseniuros. La gran movilidad de loes electrones les confiere una gran conductividad eléctrica y térmica.
- Los Edificios Moleculares
Son característicos de las sustancias orgánicas, aunque pueden darse en algunas sustancias inorgánicas como en el azufre. Los nudos de la red cristalina están ocupados por moléculas eléctricamente neutras, que se mantienen unidad por cargas eléctricas residuales muy débiles semejantes a las fuerzas de Van der Waals, existentes en los gases.
- Los Edificios Mixtos
Es muy frecuente que un mismo edificio cristalino los átomos, iones o moléculas estén unidos mediante distintos tipos de enlaces, como es el caso, por ejemplo, del grafito. Este mineral contiene únicamente átomos de carbonos (C) dispuestos en una estructura laminar. En cada lamina, los átomos de carbono se unen mediante enlace covalente de forma que las laminas son muy fuertes y flexibles, mientras que el enlace que prevalece entre las laminas es un enlace muy débil que facilita el deshojamiento o escamaciòn de estas laminas, de ahí que la exfoliación sea perfecta a lo largo de estos planos.
El tipo de enlace que prevalece en un edificio cristalino determina, en gran medida algunas propiedades de los minerales: dureza, conductividad eléctrica, punto de fusión, solubilidad, etc.
Tipo de enlace y propiedades de los minerales
Edificios y fuerzas del enlace:
a) Iónico-Fuerte:
- Naturaleza: Atracciones electrostática entre iones de cargas opuestas.
-Dureza: Moderada a alta
-Propiedades eléctricas y solubilidad (en agua y ácidos débiles): Aislantes medios y alta.
-Propiedades estructurales: No dirigido, coordinación elevada entre los iones, estructura densa.
-Propiedades Térmicas: Temperatura de fusión bastante alta. En estado fundido: iones.
-Mineral (ejemplo): Calcita (CaCO3) y Halita (NaCl).
b) Covalente- Muy fuerte:
- Naturaleza: Se compartes pares de electrones
- Dureza: Alta
- Propiedades eléctricas y solubilidad (en agua y ácidos débiles): Aislantes- Muy baja
- Propiedades estructurales: Enlace dirigido, coordinación débil, estructura poco densa.
-Propiedades térmicas: Temperatura de fusión elevada. En estado fundido: moléculas
- Mineral (ejemplo): Diamante (C) y Esfarelita (ZnS)
c)- Mixto, iónico y covalente- Muy fuerte
- Dureza: Moderada a alta
- Propiedades eléctricas y solubilidad (en agua y ácidos débiles): Aislantes- Baja.
- Propiedades Térmicas: Temperatura de fusión elevada
- Mineral (ejemplo): Olivino (Mg2SiO4) y Moscovita.
d)- Metálico- Variable
- Naturaleza: Se compartes electrones libres
- Dureza: Baja
- Propiedades eléctricas y solubilidad (en agua y ácidos débiles): Conductores- Muy baja
- Propiedades estructurales: No dirigido, coordinación muy elevada, estructura muy densa.
- Propiedades térmicas: Temperatura de fusión variable.
- Mineral (ejemplo): Oro (Au) y Cobre (Cu)
e)- Molecular- Muy débil
-Naturaleza: Fuerzas electrostáticas en los dipolos
- Dureza: Muy baja
- Propiedades eléctricas y solubilidad (en agua y ácidos débiles): Aislantes- Baja
- Propiedades estructurales: Similares al enlace metálico
- Propiedades térmicas: Temperatura de fusión baja
- Mineral (ejemplo): Azufre (S).
Link relacionado:
http://html.rincondelvago.com/cristaloquimica.html
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