Estado Solido Química

UNIDAD I

1.1 Antecedentes

La posibilidad de beneficiarse deliberadamente de algunos fenómenos químicos se hizo realidad cuando el hombre fue capaz de producir y mantener el fuego (lo que en términos históricos se conoce como «descubrimiento del fuego»). Tras este hallazgo el hombre se convirtió en un químico práctico al idear métodos para que la madera -u otro material combustible- se combinase con el aire a una velocidad suficiente y producir así luz y calor, junto con cenizas, humo y vapores.

Los primeros metales debieron de encontrarse en forma de pepitas. Y con seguridad fueron trozos de cobre o de oro, ya que éstos son de los pocos metales que se hallan libres en la naturaleza. El cobre fue lo suficientemente abundante como para que seutilizara en la confección de herramientas en los centros más avanzados de la civilización.

Hacia el año 600 a. de C, el sutil e inteligente pueblo griego dirigía su atención hacia la naturaleza del Universo y la estructura de los materiales que lo componían. Fueron los primeros que -según nuestras noticias- se enfrentaron con lo que ahora llamamos teoría química.

Los antiguos filósofos jonios habían separado la religión de la ciencia. Esta nueva unión operada en Egipto entorpeció seriamente los posteriores avances en el conocimiento.

En el siglo VII los árabes entraron en escena. En árabe khemeia se convirtió en al-kímiya, siendo al el prefijo correspondiente a «la». Finalmente la palabra se adoptó en Europa como alquimia, y los que trabajaban en este campo eran llamados alquimistas. Ahora el término alquimia se aplica a todo el desarrollo de la química entre el 300 a. de C. y el 1600 d. de C. aproximadamente, un período de cerca de dos mil años.

La ciencia árabe declinó rápidamente después de Avicena. Los europeos supieron que los árabes poseían libros de profundo contenido científico que habían sido traducidos de los originales griegos -los trabajos de Aristóteles, por ejemplo-, así como sus propias producciones -los trabajos de Avicena, entre otros.

El primer alquimista europeo importante fue Alberto de Bollstadt (aproximadamente 1200-80), más conocido como Alberto Magno. Estudió intensamente los trabajos de Aristóteles, y fue a través de él como la filosofía aristotélica adquirió tanta importancia para la erudición de finales de la Edad Media y principios de la Moderna.

Un contemporáneo de Alberto Magno fue el monje inglés Roger Bacon (1214-92), a quien hoy día se le conoce mejor por su creencia claramente expresada de que en la experimentación y en la aplicación de técnicas matemáticas a la ciencia residiría la principal esperanza de progreso.

Bauer se interesó en la mineralogía por su posible conexión con los fármacos. De hecho, la conexión entre la medicina y los fármacos y la combinación médico-mineralogista fue un rasgo destacado en el desarrollo de la química durante los dos siglos y medio siguientes. El libro de Agrícola De Re Metallica(«Sobre la Metalurgia») se publicó en 1556, y en él se reúnen todos los conocimientos prácticos que podían recogerse entre los mineros de la época.

Paracelso, como Avicena cinco siglos antes representó un desplazamiento del centro de interés de la alquimia, el oro, hacia la medicina. Paracelso mantenía que el fin de la alquimia no era el descubrimiento de técnicas de transmutación, sino la preparación de medicamentos que curasen las enfermedades. En la antigüedad lo más frecuentemente usado para estos fines eran las preparaciones con plantas, pero Paracelso estaba sinceramente convencido de la eficacia de los mineralescomo fármacos.

La realidad económica hablaba a gritos incluso para aquellos que se mostraban impenetrables al razonamiento científico. Había demasiado de útil y provechoso en el conocimiento de los minerales y las medicinas como para perder el tiempo en una interminable carrera de locos tras el oro. De hecho, en el curso del siglo xviila alquimia entró en franca decadencia, y en el xviii se transformó en lo que hoy llamamos química.

Isaac Asimov, Breve historia de la química: Introducción a las ideas y conceptos de la química.

1.1.1 Modelo atómico de Borh

En 1913, Niels Bohr ideó un modelo atómico que explica perfectamente los espectros determinados experimentalmente para átomos hidrogenoides. Estos son sistemas formados solamente por dos cargas, una positiva y una negativa, y ejemplos de ellos son el átomo de hidrógeno, H, los iones He+, Li+2, Be+3, . . . .

El modelo de Bohr se puede describir por medio de cuatro postulados:

Postulado I

Un átomo hidrogenoide consta de un núcleo central con carga +Ze (dónde Z es el número atómico) y de un electrón de carga −e girando alrededor del núcleo en una órbita circular de radio r con velocidad v constante. Un electrón que gira alrededor de un núcleo en una órbita de radio r y con velocidad v se encuentra sujeto a la fuerza de atracción electrostática que el núcleo de carga +Ze ejerce sobre él y a la fuerza centríıfuga. A fin de que la órbita sea estable estas fuerzas deben compensarse.

Postulado II

El segundo postulado implica que el momento angular del electrón está cuantizado, es decir, que sólo puede adquirir determinados valores caracterizados por el número cuántico n.

Postulado III

Mientras el electrón está en una órbita no emite ni absorbe luz. Se dice que el electrón se encuentra en un estado estacionario.

Postulado IV

Cuando el electrón pasa de un estado estacionario a otro emite o absorbe luz de frecuencia ν = ∆E/h donde ∆E es la diferencia de energ´ıa entre los dos estados. Se dice que el electrón hace una transición del estado inicial al final.

Estructura de la materia, PDF.

1.1.2 Módelo atómico cuántico

El físico E. Schrödinger estableció el modelo mecano-cuántico del átomo, ya que el modelo de Bohr suponía que los electrones se encontraban en órbitas concretas a distancias definidas del núcleo; mientras que, el nuevo modelo establece que los electrones se encuentran alrededor del núcleo ocupando posiciones más o menos probables, pero su posición no se puede predecir con exactitud.

Se llama orbital a la región del espacio en la que existe una probabilidad elevada de encontrar al electrón.

Si representamos con puntos las distintas

...