Estado Solido

La química del estado sólido es la parte de la Química que se ocupa de la preparación,

caracterización y estudio de las sustancias sólidas, centrándose en las propiedades que derivan

precisamente de que una estructura sea sólida.

El fin último es la preparación de compuestos sólidos con unas propiedades bien

definidas y que pueden ser controladas adecuadamente. La química del estado sólido es la

base de que se conoce como Ciencia de los Materiales.

Se va a centrar en:

1. Sólidos ideales

• Estudio de la estructura de los sólidos ideales, es decir, sólidos que no presentan defectos.

• Modelos de enlace que permitan conocer la distribución electrónica

• Relación entre modelos de enlaces e estructura del complejo

• Propiedades

2. Estudio de los sólidos reales (presentan defectos)

3. Reacciones típicas de los sólidos

• Las que provocan cambios de composición y las que no los provocan

• Reacciones sólido‐sólido

• Métodos de preparación de sólidos

4. Técnicas de caracterización: difracción de rayos X

SÓLIDOS

Sólidos. Clasificación

Un sólido es una especie que mantiene tanto un volumen determinado como una

forma determinada.

Dentro de esta definición de sólido caben dos tipos de sustancias diferentes:

• Sólidos cristalinos: presentan un ordenamiento de los átomos, iones o moléculas que

lo constituyen a larga distancia (miles de átomos), en las tres direcciones do espacio. En

general, se hará referencia a los constituyentes como átomos, aunque sean iones o moléculas.

Un ejemplo de sólido cristalino é o cloruro sódico (NaCl).

• Sólidos amorfos: no presentan ordenamiento a larga distancia. En todo caso, existe

un ordenamiento a lo largo de unos cuantos enlaces. Un ejemplo de sólido amorfo es el vidrio,

donde no existe ordenamiento a longa distancia pero si a corta distancia (SiO2). La estructura

de los sólidos amorfos guarda más relación con la estructura de los líquidos, que con la de los

sólidos cristalinos.

Sólidos Cristalinos

Los sólidos cristalinos se pueden clasificar en:

• Sólidos moleculares: están constituidos por moléculas discretas unidas entre si por

fuerzas de interacción débiles, fuerzas de Van der Waals o enlaces de hidrógeno. Algunos

ejemplos son el agua, S8, Cl2... Las propiedades de éstos sólidos cristalinos moleculares

dependen más de las moléculas que constituyen el sólido que de la estructura (No se va a

centrar en su estudio).

• Sólidos no moleculares: Se pueden clasificar en tres grandes tipos:

‐ Covalentes: Los átomos que lo constituyen (uno o más tipos) se unen entre si con índices de

coordinación bajos, e generalmente enlaces covalentes. Ejemplo: SiO2 (sílice).

‐ Metálicos: Se encuentran constituidos por átomos metálicos donde se observan índices de

coordinación elevados. La unión tiene lugar mediante enlace metálico. Ej: Fe

‐ Sales: se encuentran constituidas por aniones e cationes que interaccionan entre si mediante

fuerzas fundamentalmente electrostáticas. Ejemplo: NaCl

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Las propiedades de los sólidos no moleculares guardan una estrecha relación con la

estructura (desde los átomos que constituyen el cristal a la estructura electrónica).

Los sólidos cristalinos se muestran desde el punto de vista macroscópico como cristales, es

decir, como formas poliédricas delimitadas por caras planas y que muchas veces presentan

una simetría determinada. Un sólido con igual estructura microscópica puede presentar

formas de cristalizar distintas, por lo que parece adecuado estudiar los sólidos por su

ordenamiento microscópico y no por su apariencia macroscópica.

Cristal ideal → partículas con ordenación concreta en las tres direcciones del

espacio. Sería un cristal infinito, ya que las propias caras son defectos.

Sólidos Cristalinos. Descripción

Los sólidos cristalinos se pueden describir desde diferentes puntos de vista:

• En función de su simetría: grupo espacial y unidad asimétrica.

Unidad asimétrica: unidad mínima que puede generar todo el cristal aplicando as

operaciones de simetría espacial (translación e translación‐rotación). Combinando estas

operaciones se obtienen 230 grupos espaciales posibles. Así, cualquier sólido estaría descrito

por una unidad asimétrica y su grupo espacial, que contiene información sobre su simetría.

Esta clasificación se va a descartar, ya que es muy compleja. Existen 32 grupos puntuales y 230

grupos de simetría espacial.

• En función de sus redes cristalinas (redes de puntos)

Se hablará de puntos de red que constituyen a rede cristalina (red de

puntos). Si tenemos un punto de red, se puede definir tres vectores y tres

ángulos. Se pueden situar tres puntos en cada vértice de los vectores. Se

pueden trasladar los ejes a esos puntos y si se repite esta operación infinitas

veces, trasladando los tres vectores a lo largo de los ejes de coordenadas, se

generaría una red cristalina o red de puntos, que puede tener una simetría

determinada.

Los puntos de red y las redes de puntos no

tienen existencia real. Estos puntos no tienen por qué representar un

átomo o grupo de átomos.

Para simplificar se puede construir

una red bidimensional donde se tendría

sólo dos vectores y un único ángulo. Para

definir una red cristalina es conveniente

definir una celda unidad, que es el paralelepípedo más pequeño

que puede generar toda la red cristalina mediante operaciones de

translación a lo largo de los ejes de coordenadas y conserva todos

los elementos de simetría de la red cristalina. Una celda unidad

estaría determinada por tres parámetros: a, b y c; y los correspondientes ángulos α, β, γ. En

función de estos valores, se describen 7 diferentes sistemas cristalinos que generan 14 redes

de Bravais.

Si se considera sólo la primera parte de la definición, se puede

generar todo el cristal con B, pero existen otras opciones, por

ejemplo A y C. Sólo una cumple la segunda parte de la definición.

Habría que elegir la opción A porque las otras harían que se pierda

información; por ejemplo A tiene un punto centrado, y en B y C se

pierde.

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Los

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