ESTRUCTURAS CERÁMICAS: CARACTERISTICAS

ESTRUCTURAS CERÁMICAS: CARACTERISTICAS

Los cerámicos por definición, son compuestos de al menos dos elementos, y consecuentemente sus estructuras son, en general, más complicadas que el de los metales. La siguiente figura ilustra estructuras cristalinas de cerámicos comunes con diferentes razones de radio catión – anión. Se caracterizan en lo siguiente:

• Estructuras Tipo-AX: Estructuras que incluye la estructura de la sal de roca, estructuras de CsCl, blenda de Zinc, y wurtzita.  

[pic 1][pic 2]

• Estructuras Tipo-AX2: Fluoruro de Calcio (CaF2) y rutilo (TiO2). Mostrados en la fig. 1.
• Estructuras Tipo AmBnXp: Estructuras con más de un catión. A y B (o el mismo catión con diferentes valencias), son incorporados en la red aniones.

Espinelas y perovskitas  son dos de los más comunes.

   FACTORES QUE AFECTAN LA ESTRUCTURA

1. Estequiometria del Cristal: Todo cristal debe ser eléctricamente neutro. La suma de las cargas positivas debe ser balanceada por una cantidad igual de carga negativa, un hecho que es reflejado en su fórmula química. Por ejemplo, un compuesto AX2 no puede cristalizar en la estructura de la sal de roca porque la estequiometria de la red es AX, y viceversa.
2.  Razón del Radio: Para alcanzar el estado de menor energía los cationes y aniones tienden a maximizar las atracciones y minimizar las repulsiones. Las atracciones son maximizadas cuando cada catión es rodeado por la mayor cantidad de aniones posibles, con la condición de que ni cationes ni aniones se “toquen”.

Cuando los aniones solo se tocan, la configuración es denominada críticamente estable y es usado para calcular el radio critico en el cual una estructura se convierte en inestable con respecto al otro.

Cuando los cationes son más pequeños que los aniones, es frecuente determinar el máximo número de aniones que es posible empaquetar alrededor de los cationes. Geométricamente,  denominado como razón de radios r+/R- . La razón de radios críticos para varios números de coordinación se muestra en la fig. 2:

[pic 3]

1. Propensión para la covalencia y coordinación tetraédrica:

• Cationes con alto potencial polarizante ( por ejemplo, Cu2+, Al3+, Zn2+, Hg2+ ) son enlazados a aniones fácilmente polarizables  (I-, S2-, Se2-). Esta combinación tiende a aumentar el carácter covalente de los enlaces a favor de una coordinación tetraédrica.
• Átomos con hibridización sp3, tales como Si, C y Ge, tienden a estabilizar la coordinación tetraédrica.

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La fig. 3 muestra la ubicación de los sitios intersticiales octaédricos (B) y tetraédricos (A) al interior de una disposición cubica compacta.

Los cationes se acomodan en cada sitio octaédrico resultando en la estructura de la sal de roca. De manera similar, la estructura de la blenda cinc es uno en que la mitad de los sitios tetraédricos es llenada.

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