unidad v estado sÓlido

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ESTADO SLIDO

Todos los slidos, en realidad se encuentran en forma cristalina la cual se forma cuando un lquido solidifica.

CRISTAL: Es un slido con figura tridimensional limitada por superficies planas y con ngulos bien definidos.

La propiedades de los slidos estn determinadas por su estructura; por la forma en que se encuentran ordenados sus bloques fundamentales y al agrupamiento de sus tomos o de sus molculas, as sustancia y de su velocidad de cristalizacin.

Un cristal, tiene rigidez y orden de largo alcance, molculas o iones ocupan posiciones especificas. El centro de cada una de las posiciones de llama PUNTO RETICULAR y el orden geomtrico de estos putos se llama ESTRUCTURA CRISTALINA.

La disposicin de los tomos, molculas o iones en un slido cristalino es tal que las fuerzas netas de atraccin intermolecular tienen un valor mximo. Las fuerzas responsables de la estabilidad de un cristal cualquiera pueden ser fuerzas inicas, enlaces covalentes, fuerzas de Van Der Waals, enlaces de hidrgeno o una combinacin de estas fuerzas.

La unidad bsica repetitiva de la disposicin de tomos o molcula en un slido cristalino se llama CELDA UNITARIA.Celdilla unidad del NaCl. Red simetra cbica

Actualmente la preocupacin de un cientfico es la estructura tridimensional de las cosas y una de las estructuras ms importantes es el tipo CRISTALINO.

CLASES DE CRISTALESCLASES EJEMPLOS CUBICO Diamante, Au, Fe, Pb, Cu, Ag TETRAGONAL Sn, MgF2 ORTORROMBICO Topacio, S, I, Ag NO3 HEXAGONAL Mg, Zn, Be, Cd, Cs DIMENSIONES a=b=c a=b=c a=b=c a=b=c NGULOS == == == ==

MONOCLINICO Brax, azcar, yeso.TRICLINICO CuSO4, cido brico ROMBOEDRICO

a=b=ca=b=c a=b=c

==== ==

SISTEMA CUBICO

Tres ejes, todos ellos de igual longitud e nter seccionndose en ngulos rectos.

SISTEMA TETRAGONAL

Dos ejes, de igual longitud y un tercero distinto, nter seccionndose los tres en ngulos rectos.

SISTEMA ORTORROMBICO

Tres ejes, de distinta longitud, interseccionndose en ngulos rectos.

SISTEMA MONOCLINICO

Tres ejes, de distinta longitud, interseccionndose dos de ellos en ngulos mientras que el tercero intercepta slo a uno de aquellos en ngulo recto.

SISTEMA TRICLINICO

Tres ejes, de distinta longitud y ninguno de ellos formando ngulo al interseccionarse.

SISTEMA HEXAGONAL

Tres ejes iguales y contenidos en un plano, formando entre ngulos de 60 grados y un cuarto eje de distinta longitud, perpendicular al plano de los otros tres.

SISTEMA ROMBOEDRICO

Tres ejes iguales de igual longitud y tres ngulos no rectos.

Redes cristalinas

DETERMINACION EXPERIMENTAL DE LA ESTRUCTURA CRISTALINA En un cristal hay una disposicin ordenada de

partculas. Puede obtenerse alguna idea de la estructura cristalina, examinando el cristal bajo un sistema de lentes adecuados. Sin embargo, un examen de este tipo no revela como se disponen las partculas en el enrejado cristalino.

Con las impresiones obtenidas en la difraccin

de rayos x por el cristal, se puede determinar la estructura cristalina, cuando un haz de rayos x incide sobre un cristal, los rayos se difractan en los sucesivos planos de partculas que forman el cristal. Si se fotografa esta deflexin de los rayos, se obtiene en la pelcula una impresin de manchas definidas. Cada tipo de cristal de una impresin caracterstica, denominada TRAMA DE DIFRACCIN DE RAYOS X.

EMPAQUETAMIENTO DE ESFERAS

Todos los cristales se clasifican en funcin de celdas unitarias simples o compuestas derivadas de uno de estos tipos . CELDA UNITARIA: Es un pequeo segmento de un cristal que presenta un modelo geomtrico caracterstico de la reticular del cristal y debe de contener un nmero entero de los componentes de la red cristalina. Tambin se define como la unidad bsica repetitiva de la disposicin de tomos o molculas en un slido cristalino.

Celda unitaria

a) una celda unitaria y b) su extensin en tres dimensiones. Las esferas negras representan tomos o molculas.

CRISTOLOGRAFA: Ciencia que se dedica al estudio y resolucin de estructuras cristalinas.

Cualquiera

de estas celdas unitarias, cuando se repite en el espacio forma la estructura reticular caracterstica de un slido. Considrese por ejemplo, la celda unitaria cubica para facilitar la compresin, se supone que cada punto reticular esta ocupado por un tomo.

La ubicacin de los tomos determina si a la celda unitaria se le llama celda cubica simple (ccs), celda cubica centrada en el cuerpo (ccb), o celda cubica centrada en las caras. Dado que cada una de las celdas unitarias en un slido cristalino es adyacente a otras celdas unitarias, la mayora de los tomos son compartidos con las celdas unitarias vecinas, por ejemplo en cada tipo de celda cubicas, casa tomo es un vrtice perteneciente a 8 celdas unitarias y un tomo centrado en las caras es compartido por dos celdas unitarias.

Cbica simple

Cbica centrada en el cuerpo

Cbica centrada en la cara

Tres tipos de celdas cbicas. En realidad las esferas representan tomos, molculas o iones y estn en contacto entre si en estas celdas cbicas.

Un tomo centrado en las caras en una celda cbica es compartido por 2 celdas unitarias

Un tomo en el vrtice de una celda cbica es compartido por 8 celdas unitarias.

La

estructura tridimensional se genera colocando una capa debajo y otra arriba de la capa inicial, de tal forma que las esferas colocada en una capa estn directamente sobre las esferas de la capa superior, este sistema se puede extender para formar muchas, muchas capas, como en el caso de un cristal.

Centrndose en la esfera marcada con una x, se aprecia que estn en contacto con 4 esferas de su misma capa, una esfera en la capa superior y otra en la capa inferior. Por lo que se dice que cada esfera en este acomodo tiene un nmero de coordinacin de 6 porque tiene 6 vecinos prximos, el nmero de coordinacin en por lo tanto el nmero de tomos o iones que rodean a un tomo o ion en una red cristalina.

Disposicin de esferas idnticas en una celda cbica simple.

Una

disposicin cbica centrada al cuerpo, difiere de una cbica simple, en que en la segunda capa las esferas ocupan el lugar de las depresiones de la primera capa y la tercera capa se ubica en las depresiones de la segunda capa, el nmero de coordinacin de esta estructura es de 8 (cada esfera esta en contacto con 4 esferas de la capa superior y 4 esferas de la capa inferior.

Disposicin de esferas idnticas en un cubo centrado en el cuerpo.

EMPAQUETAMIENTO COMPACTO

La eficiencia del empaquetamiento, puede aumentar aun ms. Se empieza con la estructura formada en la fig. a) que se llamar capa A. Cada esfera esta en contacto con 6 vecinos de la misma capa (en la segunda capa, que se llamar capa B, las esferas se empaquetan tan cerca como sea posible a la primera capa, descansando en las depresiones entre las esferas de la primera capa.( Fig b))

a) Capa de empaquetamiento compacto. Cada esfera esta en contacto con otras 6. b) Esferas de la segunda capa colocadas en las depresiones de las esferas de la primera capa. c) En la estructura hexagonal compacta cada tercera capa de esfera se coloca exactamente en las posiciones d la primera. d) En la estructura cbica de empaquetamiento compacto cada tercera capa de esferas se coloca en las depresiones que estn directamente sobre las depresiones de la primera capa.

Hay dos formas de que la tercera capa de esferas cubra a la segunda. Para lograr lo que se llama Empaquetamiento compacto, que se refiere a la disposicin ms eficiente de las esferas. Las esferas se pueden colocar en las depresiones de tal manera que la tercera capa de esferas quede directamente sobre la primera y la tercera capa, esta tambin se puede llamar capa A. otra posibilidad es que la tercera capa d esferas, en este caso se denominar capa C.

La siguiente figura muestra las vistas separadas y las estructuras resultantes de un arreglo hexagonal compacta En esta estructura cada esfera tiene un nmero de coordinacin de 12 (contacto con 6 esfera de su misma capa, 3 esferas de la capa inferior y 3 esferas de la capa superior).

Tipos de cristales Las

estructuras y propiedades de los cristales estn determinadas por la clase de fuerzas que mantienen las partculas juntas. Se pueden clasificar cualquier cristal como uno de los cuatro tipos, inicos, covalente, molecular o metlico.

Cristales inicos: Se debe notar dos caractersticas importantes

de los cristales inicos, a) estn formados por especies cargadas y b) los iones y cationes en trminos generales son de tamao bastante diferente. Adems los iones se mantienen unidos por atraccin electrosttica y en general son slidos duros, cristalinas de altos puntos de fusin y algunos ejemplos: NaCl, LiF, MgO.

Cristales covalentes:

En este tipo de cristales, los tomos estn enlazados slo por uniones covalentes en una red que se extiende en tres dimensiones. Son ejemplos bien conocidos los altropos del carbono, el diamante y el grafito. En general son sustancias duras de alto punto de fusin y maloso conductores de la luz y la electricidad. (el grafito es un buen conductor)

Cristales moleculares:

Los puntos reticulares estn formados por molculas y las fuerzas de atraccin son del tipo de Van Der Waals y/o enlaces por puentes de hidrgeno, son cristales suaves de bajo punto de fusin y malos conductores del calor y la electricidad, como ejemplos de estos cristales tenemos al Argn, Iodo, sacarosa.

Cristales metlicos

Son generalmente cbicos centrados en el cuerpo, cbito centrados en la cara o hexagonales compactos, unidos por enlaces metlicos y pueden ser suaves o duros, de bajos o altos puntos de fusin y son buenos conductores de calor y la electricidad y como ejemplo tenemos todos los elementos metlicos.

Energa reticular:

Es un cambio de energa observado cuando los componentes de un cristal se acercan desde una distancia de separacin infinita a sus posiciones de equilibrio de un cristal.

Red atmica Diamante (C) Red atmica Slice (SiO2)

Red inica NaCl

Red metlica Au

Slidos amorfos Como

su nombre lo indica, son slidos que no tienen una estructura cristalina bien definida. Los iones y las molculas que lo forman se encuentran empaquetamiento desordenadamente. Por esta razn los slidos amorfos frecuentemente son considerados como Lquidos sobre enfriados.

Es

bien cierto que la apariencia rgida de los slidos amorfos esta dada por muchos enlaces diferentes. Por lo tanto cada enlace desprender una cantidad de energa diferente, cuando se forma y esto se debe a que ni el nmero, ni la clase de enlace que unen las unidades estructurales de un slido amorfo son fijas, por lo cual estas sustancias no presentan un punto de fusin, ni una estabilidad bien definida.

Los

slidos amorfos como el vidrio carecen de una disposicin tridimensional regular en los tomos. VIDRIO: Producto pticamente transparente que resulta de la fusin de materiales inorgnicos que al enfriarse adquieren un estado rgido sin cristalizar.

INTRODUCCIN

El estado liquido es el intermedio entre el slido y el gaseoso, los lquidos son fluidos, esto significa que las molculas no ocupan posiciones fijas, en efecto, varan continuamente, no tienen forma propia sino adoptan la forma del recipiente que los contiene, al igual que los slidos son compactos e incomprensibles y poseen volumen propio, las partculas de un liquido tienen una fuerza de cohesin entre ellas suficientemente grande para que no puedan separarse, estas fuerzas son las responsables de una serie de propiedades que mencionaremos mas adelante.

La superficie de un lquido es llana y

horizontal lejos de los bordes del recipiente, en dichos bordes el lquido forma un menisco curvo, este menisco ser cncavo si el lquido moja las paredes del recipiente, esto significa que las fuerzas de atraccin entre las partculas del lquido y el material de fabricacin del recipiente son mayores que las que existen ente dos partculas lquidas.

En los lquidos las molculas estn mas apartadas entre si que un slido, pero no tienen el mismo ordenamiento, sus molculas son mas desordenadas, pero no tanto como en un gas.

En el estado slido las molculas estn en

posiciones fijas que nicamente vibran En el estado gaseoso la molculas son menos ordenados y con mayor libertad de movimiento. En el estado gaseoso se presentan molculas desordenadas con gran movimiento.

Propiedades de los lquidos SON SUSTANCIAS ELASTICAS: Porque al ser

sometidas a una compresin y despus retirarla, vuelve a recobrar sus volmenes originales. VISCOSIDAD: Resistencia que presentan las molculas de un lquido para moverse unas sobre otras para no separarse.

CAPILARIDAD:

Capacidad de los lquidos de ascender o descender a travs de tubos capilares, este fenmeno es de gran utilidad para los organismos vivos como en las plantas ya que por este fenmeno es posible el asenso del agua a las partes mas alta de los arboles, dicho asenso se produce cuando el agua se transporta a travs de los vasos leosos del tronco, otro fenmeno es el transporte de sangre por las venas y arterias que cumplen el papel de tubos capilares.

capilaridad

TEMPERATURA DE EBULLICIN:

se define como el valor numrico de temperatura a ala cual la presin de vapor de un liquido es de una atmsfera y pasa del estado lquido al estado gaseoso y es igual a la temperatura de licuefaccin de un gas.

Temp. Ebullicin = Temp. licuefaccin

CALOR

DE VAPORIZACIN: es el nmero de caloras por gramo de lquido necesarios para mantener constante la temperatura mientras ocurre la evaporacin. El calor de vaporizacin de un lquido disminuye al aumentar la temperatura.

EVAPORACIN:

Es el escape de las molculas de la superficie de un lquido a la fase gaseosa. Cuando una sustancia se evapora fcilmente ( a temperatura ambiente) se le conoce como sustancia voltil, esto ocurre por que el liquido tienen un punto de ebullicin menor a la temperatura ambiental.

El rea superficial influye cuando se calienta un lquido ya que se incrementa una brisa, aumentando la velocidad de evaporacin. En un recipiente cerrado se establece un equilibrio dinmico en donde las reacciones directa e inversa se efectan a la misma velocidad.

Liquido

gas

CALOR ESPECIFICO: Es el nmero de caloras necesarias para elevar la temperatura de un gramo de un lquido en un grado centgrado. TEMPERATURA DE CONGELACIN: Define como el valor numrico de temperatura a ala cul la presin de vapor de un lquido es de una atmsfera y pasa del estado lquido al estado slido y es igual a la Temperatura de fusin de un slido.

Temp. De solidificacin = Temp. de fusin

SOLIDIFICACIN: Es el cambio de fase cuando un lquido alcanza su punto de congelacin y pasa de la fase lquida a la fase slida. MEDIDA: todos los lquidos tienen volumen propio, este valor se obtiene con recipientes calibrados o aforados. El lquido forma un menisco curvo que proporciona el valor exacto de volumen.

LICUEFACCIN. Se define como el cambio de estado fsico en el cul un gas condensa y pasa a la fase lquida. TENSIN SUPERFICIAL: Es una medida de trabajo o de fuerza que debe efectuarse hacia el interior y sobre toda la superficie de un lquido.

RESUMENCaractersticas estados agregacinEnfriar o comprimir Calentar o reducir presinEnfriar

Calentar

GASES Desorden total Partculas tienen completa libertad de movimiento. Partculas tienden a estar alejadas entre si Forma y volumen variable

LQUIDOS Menor desorden Partculas tienen movimiento relativo entre si Partculas en contacto unas con otras Forma determinada al recipiente que los contiene Volumen constante

SLIDOS Orden Partculas fijas en posiciones determinadas. Partculas unidas entre si. Fuerzas de cohesin mayores Forma y volumen constante