Practica 2 Estado Solido Esime

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

Unidad Zacatenco

Ingeniería en comunicaciones y electrónica

Laboratorio de Química Básica

Practica No.2

Estado sólido (CRISTALES)

Objetivo: El alumno identificara los diferentes sistemas de cristalización

Consideraciones Teóricas

Un sólido está formado por unidades estructurales (átomos, moléculas o iones) que se atraen entre sí con la fuerza suficiente para formar una sustancia rígida una manera de clasificar a los sólidos es por el tipo de fuerza que mantienen juntas: en otros casos las fuerzas son enlaces químicos (enlaces metálicos, covalentes o iónicos) entre átomos. Desde este punto de vista hay cuatro tipos diferentes de solidos: moleculares, metálicos, iónicos y covalentes. Sin embargo, es importante tener en cuenta que hay un cierto enlace iónico puede tener un carácter covalente considerable y viceversa, de forma que la distinción entre solidos iónicos y covalentes no es precisa.

Tipos de solidos

Un sólido molecular consiste de átomos o moléculas que se mantienen juntos mediante fuerzas intermoleculares. Hay muchos solidos de este tipo. Por ejemplo, el neón sólido, el agua solida (hielo) y el dióxido de carbono solido (hielo seco).

Un sólido metálico consiste de núcleos de átomos con carga positiva unidos entre sí mediante un “mar” de electrones (enlaces metálicos) que los rodea. En este tipo de enlaces los electrones des localizados rodean a los núcleos atómicos con carga positiva. Ejemplos de lo anterior son el hierro, el cobre y la plata.

Un sólido iónico consiste de cationes y aniones unidos entre sí por la fuerza eléctrica de atracción entre cargas opuestas (enlaces iónico).Los ejemplos incluyen el cloruro de cesio, el cloruro de sodio y el sulfuro de zinc (aunque el ZnS tiene un carácter covalente considerable).

Un sólido de red covalente consiste de átomos que forman largas redes o cadenas mediante enlaces covalentes. El diamante es un ejemplo de una red tridimensional sólida. Cada átomo de carbono en el diamante forma enlaces covalentes con otros cuatro carbonos de forma que todo el cristal puede considerarse como una enorme molécula. También es posible que se formen “hojas” bidimensionales o bien “cadenas” de moléculas de una sola dimensión unidas mediante enlaces covalentes. El diamante (red tridimensional), el grafito (hojas) y los asbestos (cadenas) son ejemplos de solidos covalentes.

Los sólidos se dividen en dos categorías: cristalinos y amorfos. El hielo es un sólido cristalino que posee un ordenamiento estricto y regular, es decir, sus átomos, moléculas o iones ocupan posiciones específicas. Gracias a la distribución de estas partículas en el sólido cristalino, las fuerzas netas de atracción intermolecular son máximas. Las fuerzas que mantienen la estabilidad de un cristal pueden ser iónicas, covalentes, de van der Waals, de enlaces de hidrogeno o una combinación de todas ellas. Un sólido amorfo, como el vidrio, carece de un ordenamiento bien definido y de un orden molecular repetido.

Redes cristalinas

Un cristal es un arreglo ordenado tridimensional de unidades básicas.(estas pueden ser átomos, moléculas o iones, de pendiendo del tipo de cristal.) la estructura ordenada de un cristal se puede describir en términos de una red cristalina. La idea de una red cristalina se ilustra más fácil si primero se visualiza un patrón en dos dimensiones que se repite varias veces, como sucede en muchas telas o en papel tapiz. Esté consiste en una repetición básica. Cuando se dibuja un punto en el mismo lugar de cada unidad básica, se obtiene una red de puntos (no importa donde se dibuje este punto siempre y cuando se elija el mismo punto en cada unidad básica). El conjunto de estos puntos constituye la red del patrón.

Esta red muestra el arreglo esencial que existe entre las unidades básicas en el patrón. Aunque se elija una posición diferente para el punto que se dibujó en cada A, se obtendrá la misma red.

De la misma manera, una red cristalina es el arreglo geométrico de los puntos de red de un cristal en donde cada punto de red marca la misma posición dentro de cada una de las unidades básicas del cristal.

La red cristalina y la estructura cristalina no son lo mismo. Se puede construir la estructura cristalina del cobre a partir de su red cristalina y se coloca un átomo de cobre en cada punto de la red. Sin embargo, hay muchos cristales que tienen la misma red cristalina. Por ejemplo, la red cristalina para el metano sólido, 〖CH〗_4 es la misma (excepto por las distancias entre los puntos) que la del cobre. Para obtener la estructura cristalina del metano se coloca un molécula de 〖CH〗_4 en cada uno de los puntos de la red. La red cristalina solo muestra el arreglo de las unidades básicas del cristal.

Imagine que divide un cristal en muchas celdas equivalentes, o celdas unitarias, de manera que estas sean los “ladrillos” con los cuales se puede construir el cristal. En el patrón bidimensional los puntos de red se han conectado mediante líneas rectas. Los paralelogramos que forman las líneas rectas dividen el patrón en pequeñas celdas. Estas son las celdas más pequeñas posibles a partir de las cuales se puede construir todo el cristal al ponerlas una junto a la otra: son las celdas unitarias del patrón.

De la misma manera se puede dividir cualquier red cristalina en celdas parecidas a cajas.

Las celdas unitarias de un cristal es la unidad más pequeña (similar a una caja cuyas caras son paralelogramos) a partir de la cual se puede construir en un cristal apilando las unidades en tres dimensiones.

Hay siete formas básicas que pueden adoptar las celdas unitarias. Estas formas básicas dan origen a siete sistemas cristalinos que se usan para clasificar a los cristales. Un cristal que pertenece a cierto sistema cristalino tiene una celda unitaria con una de las siete formas. Cada forma de la celda unitaria se caracteriza por los ángulos específicos entre las caras de la figura geométrica y la longitud de sus lados o aristas.

...