Palencia Reyes Rosa Andrea Laboratorio de Química del Estado Solido

CONSTRUCCION DE MODELOS DE ESTRUCTURAS CRISTALINASPRACTICA 2

IntroducciónLa estructura cristalina es la forma de cómo se ordenan y empaquetan los átomos, iones o

moléculas, es en realidad la que constituye la base del material que forma el cristal. La red cristalina refleja el hecho de que el cristal es periódico y así mismo determina la simetría, la estructura del cristal.

La estructura cristalina se determina por difracción de rayos X.

Dicha estructura cristalina se podía resumir a una celda unitaria, Se define como la porción más simple que al repetirse mediante traslación reproduce todo el cristal. Se caracteriza por tres vectores que definen las tres direcciones independientes del sistema de coordenadas de la celda.Existen siete sistemas cristalinos basados en la geometría de las longitudes de la celda, con 14 celdas estándar que pueden describir La estructura cristalina, la cual se especifica indicando la adecuada malla de Bravais y las posiciones de los átomos en la celda unitaria.

Los distintos sistemas cristalinos se deben al empaquetamiento de átomos, iones o moléculas, y lo que hay que tener en cuenta a la hora de considerar los diferentes tipos de estructura es que el ordenamiento de las partículas ocurrirá de tal forma que adopten la máxima densidad, teniendo en cuenta consideraciones tanto energéticas como estéricas. Si consideramos que los átomos o iones son esferas rígidas, la manera de

aprovechar mejor el espacio en dos dimensiones es una esfera rodeada de otras seis

Teniendo en cuenta estos podemos describir las estructuras en: - hexagonal simple: dos capas de empaquetamiento hexagonal compacto en la secuencia AA - hexagonal compacta: dos capas de empaquetamiento hexagonal compacto en la secuencia ABAB....

- cubica simple: dos capas de empaquetamiento cuadrado en la secuencia AA-cúbica centrada en caras ó cúbico compacto: tres capas de empaquetamiento hexagonal compacto en la secuencia ABCABC...

Una de las características de los empaquetamientos es el tipo de huecos (espacio sin ocupar) que se genera entre las esferas. Frecuentemente se contemplan los sólidos iónicos o las aleaciones como estructuras de esferas de empaquetamiento compacto, situándose el ión más pequeño en los huecos de este ordenamiento. Estos huecos en empaquetamientos compactos pueden ser octaédricos o tetraédricos:Un hueco octaédrico es el espacio sin ocupar en el centro de seis esferas que forman un octaedro, por lo que presenta simetría octaédrica. Cada hueco se sitúa entre dos triángulos formados por esferas, opuestos y pertenecientes a capas adyacentes.Un hueco tetraédrico es el espacio sin ocupar en el centro de cuatro esferas que forman

un tetraedro, por lo que presenta simetría tetraédrica. Cada hueco se forma cuando sobre un triángulo de esferas de una capa se coloca otra esfera de la capa contigua, formando un tetraedro que puede apuntar hacia arriba o hacia abajo. Existen dos tipos de huecos tetraédricos, dependiendo de que el vértice del mismo está orientado hacia arriba o hacia abajo

Los planos en los que los átomos están empaquetados tan juntos cómo es posible se denominan planos compactos. Los factores de empaquetamiento atómico para diferente La distribución atómica en sólidos cristalinos puede describirse mediante una red espacial donde se especifican las posiciones atómicas por medio de una celdilla unidad que se repite y que posee las propiedades del metal correspondiente. El Número de Coordinación es el número de átomos que tocan a otro en particular, es decir el número de vecinos más cercanos, indica que tan estrechamente están empaquetados los átomos. El polimorfismo es un fenómeno en el cual un sólido en este caso cristalino, puede presentar más de una estructura cristalina, dependiendo de la temperatura y de la presión (por ejemplo, Al2O3 como alumina-α y alumina-γ).

ResultadosSe construyeron 7 estructuras cristalinas, las cuales se realizó el siguiente resumen con sus características.

Sal de roca o HalitaNombre Química: NaCl, cloruro de sodioNombre común: Cloruro sódico, sal de mesa.

Estructura: MXX: aniones forman el empaquetado cubico compactoM: cationes ocupan todas las posiciones octaédricas

¿Cuál de los diferentes modelos de representación cree usted que es el más descriptivo para su compuesto?El modelo de poliedros es más sencillo ya que se observa con claridad el empaquetamiento que tiene así como se puede apreciar que esta estructura no tiene huecos.

Coordenadas: Que forman el empaquetado compacto (0,0,0).(1/2,1/2,0)(1/2,0,1/2)(0,1/2,1/2) Que ocupa las posiciones octaédricas: (0,0,1/2)(0,1/2,0)(1/2,0,0) (1/2,1/2,0)

Estos son algunos de los principales usos de la sal: Alimentación Humana: La sal tiene un papel muy importante en la alimentación humana y también es usada para la conservación de alimentos. Industria Química: Hace posible la fabricación de vidrio, jabón, plástico, papel, pinturas, hule sintético, cosméticos, medicamentos y pilas eléctricas, cloro sosa, tratamiento de aguas, petroquímica.

Niquelita o nicolitaNombre Química: Arseniuro de níquel (III)

Nombre común: niquelitaEstructura: MX

X: aniones forman el empaquetado hexagonal compactoM: cationes ocupan todas las posiciones octaédricas

¿Cuál de los diferentes modelos de representación cree usted que es el más descriptivo para su compuesto?El modelo que fue más descriptivo fue el de bolitas y palitos ya que se apreció mejor el arreglo entre las moléculas y se facilita la visualización del empaque hexagonal, no obstante en el modelo de poliedros se observa mejor la ocupación de los huecos.

Formula NaClPolimorfos 1Coordinación 6Unidades formula en celda (z) 4¿Eléctricamente neutra? SiEmpaquetamiento Cúbica compacta

Formula NiAsPolimorfos No tieneCoordinación 6Unidades formula en celda (z) 6¿Eléctricamente neutra? SiEmpaquetamiento Hexagonal

compacta

Coordenadas:Que forman el empaquetamiento hexagonal compacto: (0,0,0)(1/3,2/3,1/2)Que ocupan todas las posiciones octaédricas (2/3,1/3,1/4)(2/3,1/3,3/4)

La niquelina rara vez se utiliza como una fuente de níquel debido a la presencia de arsénico, que es perjudicial para la mayoría de las técnicas de fundición y molienda.

Blenda de zincNombre Química: Zulfuro de zincNombre común: Blenda de zinc, esfaleritaEstructura: MXX: aniones forman el empaquetado cúbico compactoM: cationes ocupan la mitad las posiciones tetraédricas

¿Cuál de los diferentes modelos de representación cree usted que es el más descriptivo para su compuesto?El modelo de esferas y barras es mejor ya que puedes apreciar el empaquetamiento, y la posición de los átomos.

Coordenadas:Que forman el empaquetamiento cúbico compacto: (0,0,0),(1/2,1/2,0),(1/2,0,1/2),(0,1/2,1/2)Que ocupan todas las posiciones octaédricas (1/4,1/4,1/4),(3/4,1/4,3/4),(1/4,3/4,3/4),(3/4,3/4,1/4)

Estos son algunos de los principales usos de la blenda: Se utiliza para galvanizar el hierro impidiendo su oxidación y en

aleación con cobre da el latón. Se emplea en la fabricación de pinturas, su cloruro en la

conservación de la madera y su sulfato en tintorería y farmacología.

WurtzitaNombre Química: Zulfuro de zincNombre común: WurtzitaEstructura: MX

X: aniones forman el empaquetado hexagonal compactoM: cationes ocupan la mitad de las posiciones tetraédricas

¿Cuál de los diferentes modelos de representación cree usted que es el más descriptivo para su compuesto?El modelo de esferas y barras se puede apreciar el empaquetamiento, y la posición de los átomos. Sin embargo con los poliedros se puede observar con más claridad la diferencia entre la wurtzita y su poliformo la blenda.

Coordenadas:Que forman el empaquetamiento cúbico compacto: (0,0,0),(1/3,2/3,1/2)

Formula ZnSPolimorfos 1 (wurzita)Coordinación 4Unidades formula en celda (z) 4¿Eléctricamente neutra? SiEmpaquetamiento Cúbico compacto

Formula ZnSPolimorfos 1 (blenda)Coordinación 4Unidades formula en celda (z) 2¿Eléctricamente neutra? SiEmpaquetamiento Hexagonal

compacto

Que ocupan todas las posiciones octaédricas (0,0,5/8), (1/3,2/3,1/8)

Estos son algunos de los principales usos de la blenda: Se utiliza en tubos catodicos y pantallas de radares. El ZnS

es extensamente usado en este ámbito, para entre otros usos, la manufactura de tubos de rayos catódicos y

pantallas para radares. Ocasionalmente también se utiliza en pantallas de televisión.El ZnS se puede utilizar para dar lugar

a sustancias que presentan fenómenos de luminiscencia. Esto incluye fosforescencia y fluorescencia.

AntifluoritaNombre Química: Oxido de SodioNombre común: WurtzitaEstructura: M2X

X: aniones forman el empaquetado cubico compactoM: cationes ocupan todas las posiciones tetraédricas

¿Cuál de los diferentes modelos de representación cree usted que es el más descriptivo para su compuesto?El modelo de esferas y barras la posición de los átomos y es fácil observar los tetaedros que conforman su empaquetamiento.

Estos son algunos de los principales usos: El óxido de sodio es un componente

importante de cristales y vidrios aunque es añadido en forma de "soda" (carbonato sódico).

RutiloNombre Química: dióxido de titanioNombre común: Rutilo, oxido titánicoEstructura: MX2

X: aniones forman el empaquetado hexagonal compactoM: cationes ocupan la mitad las posiciones octaédricas

¿Cuál de los diferentes modelos de representación cree usted que es el más descriptivo para su compuesto?El modelo de esferas y barras se puede apreciar fácilmente el empaquetamiento, y la posición de los átomos. Sin embargo con los poliedros se puede observar cómo se van uniendo las cadenas de las celdas y

por lo tanto es más fácil observar las unidades formulas de la celda.

Estos son algunos de los principales usos: Sus aplicaciones son muy importantes en la industria, ya que es la base del titanio metálico y el pigmento del óxido de titanio (IV) amorfo, el pigmento blanco más importante del mundo. Además se utiliza en tecnología láser para crear láser titanio-zafiro. También se puede obtener el yoduro de titanio (IV), uno de los mejores

Formula Na2OPolimorfos No tieneCoordinación 4Unidades formula en celda (z) 4¿Eléctricamente neutra? SiEmpaquetamiento Cubico compacto

Formula TiO2

Polimorfos 2(anatasa y brookita)

Coordinación 6Unidades formula en celda (z) 2¿Eléctricamente neutra? SiEmpaquetamiento Cubico compacto

catalizadores de polímeros de enlaces etéricos. Igualmente se emplea en soldadura para la elaboración de electrodos con material de aportación generalmente de acero al carbono, como recubrimiento y protección de dicho material base.

PerovskitaNombre Química: Trioxotitanato (iv) de barioNombre común: Titanato de Bario, Provskita de barioEstructura: BMX3

M: aniones forman el empaquetado cubico compactoX: cationes ocupan todas las posiciones octaédricosB: átomo en el centro

¿Cuál de los diferentes modelos de representación cree usted que es el más descriptivo para su compuesto?El modelo de esferas y barras es más fácil de observar la coordinación de los átomos y la unidad formula en la celda. En cambio con los poliedros se observan los huecos que se encuentran en la estructura.

Estos son algunos de los principales usos: Las primeras aplicaciones serias de los piezoeléctricos. Una aplicación muy importante de los piezoeléctricos, más en concreto del cuarzo, es en los osciladores electrónicos de precisión, dispositivos que usan la frecuencia natural de resonancia del cristal excitada por un voltaje para fabricar relojes, radios o relojes internos de ordenador. Actualmente se investiga su uso como dispositivos de memoria (denominados FRAM), cuya ventajas sobre las

memorias convencionales RAM y ROM es que son memorias no volátiles, de bajo consumo, que no necesitan procesos de refresco y son de fácil lectura/escritura, sin embargo, problemas de integración y velocidad de momento no permiten competir a esta tecnología con el otro tipo de memorias

EspinelaNombre Química: dialuminato de magnesioNombre común: espinelaEstructura: AB2O4

A: aniones (divalente) ocupan 1/8 de las posiciones tetraédricasX: cationes (trivalente) ocupan la mitad de las posiciones octaédricasO: oxígenos en capas paralelas

¿Cuál de los diferentes modelos de representación cree usted que es el más descriptivo para su compuesto?El modelo de esferas y barras es más fácil de observar la coordinación de los átomos y la unidad formula en la celda y la posición de todos los átomos,

Estos son algunos de los principales usosLa espinela es una piedra preciosa que se extrae sobre todo para ser usada en joyería, donde se utiliza como

Formula BaTiO3

Polimorfos No tieneCoordinación 12Unidades formula en celda (z) 1¿Eléctricamente neutra? SiEmpaquetamiento Cubico compacto

Formula MgAl2O4

Polimorfos No tieneCoordinación 4Unidades formula en celda (z) 8¿Eléctricamente neutra? SiEmpaquetamiento Cubico compacto

piedra de talla montada en sortijas, pulseras, pendientes o collares. Los ejemplares que no sirven como gemas se destinan, gracias a la dureza de esta piedra, a la fabricación de mecanismos de relojería, de polvos abrasivos y de cerámicas superelásticas (capaces de estirarse hasta el doble de su tamaño original, sin cambiar sus propidades físicas), mediante el proceso de deformación plástica.

Conclusión En esta práctica se observó el arreglos de estructuras características de diferentes solidos cristalinos. Se observa como los diferentes tipos de estructuras nos dan la información suficiente sobre la estructura de cada molécula. Además para darnos una idea más realista de las estructuras se hicieron los modelos de esferas y barras y de poliedros con lo cual facilita la visualización de los átomos, así como de su empaquetamiento y tipo de celda.

Bibliografíahttp://ocw.uniovi.es/pluginfile.php/693/mod_resource/content/1/1C_C11812_A/contenidos%20en%20pdf%20para%20descargar/7.pdfhttp://www.textoscientificos.com/quimica/inorganica/enlace-ionico/solidos-ionicos