Laboratorio De CRISTALOGRAFIA

I.-INTRODUCCION

Las sustancias sólidas pueden tener sus átomos y/o moléculas perfectamente ordenados (sustancia cristalina) o desordenados (sustancia amorfa).

En las sustancias cristalinas, los átomos están perfectamente ordenados según un patrón que se repite en el espacio tridimensional. La unidad mínima de este patrón se llama celda. La forma en que se ordenan los átomos en la celda es la estructura cristalina. De esta manera, tenemos diferentes tipos de estructuras cristalinas en función de la forma en que se ordenan los átomos. estructuras cristalinas son, por ejemplo, la estructura cúbica, tetragonal, ortorrómbica.

II.-MARCO TEORICO

1.- RED CRISTALINA

La red cristalina está formada por iones de signo opuesto, de manera que cada uno crea a su alrededor un campo eléctrico que posibilita que estén rodeados de iones contrarios.

Los sólidos cristalinos mantienen sus iones prácticamente en contacto mutuo, lo que explica que sean prácticamente incompresibles. Además, estos iones no pueden moverse libremente, sino que se hallan dispuestos en posiciones fijas distribuidas desordenadamente en el espacio formando retículos cristalinos o redes espaciales. Los cristalógrafos clasifican los retículos cristalinos en siete tipos de poliedros llama sistemas cristalográficos. En cada uno de ellos los iones pueden ocupar los vértices, los centros de las caras o el centro del cuerpo de dichos poliedros. el más sencillo de éstos recibe el nombre de celdilla unidad.

Uno de los parámetros básicos de todo cristal es el llamado índice de coordinación que podemos definir como el número de iones de un signo que rodean a un ion de signo opuesto. Podrán existir, según los casos, índices diferentes para el catión y para el anión.

El índice de coordinación, así como el tipo de estructura geométrica en que cristalice un compuesto iónico dependen de dos factores:

• Tamaño de los iones. El valor del radio de los iones marcará las distancias de equilibrio a que éstos se situarán entre sí por simple cuestión de cabida en el espacio de la red.

• Carga de los iones. Se agruparán los iones en la red de forma que se mantenga la electro neutralidad del cristal.

1.1 TIPOS PRINCIPALES DE REDES CRISTALINAS

Las redes cristalinas nos las encontramos, obligatoriamente, en materiales cerámicos y metálicos, y con menos profusión en los orgánicos.

Figura 1. a) Retículo espacial de un sólido cristalino ideal. b) celda unidad con las constantes reticulares.

El ordenamiento atómico en sólidos cristalinos puede representarse asimilando los átomos a los puntos de intersección de una red de líneas en tres dimensiones. Tal red se llama retículo espacial, figura 3.33a, y puede ser descrita como una disposición de punto tridimensionalmente infinita. Cada punto de la red espacial tiene idéntico entorno y puede ser descrito por una disposición espacial mínima denominada celda unidad, figura 3.33b.

Sistema

Cristalino Longitudes axiales y

ángulos interaxiales Retículos espaciales

Cúbico 3 ejes iguales en ángulos rectos

Cúbico simple

Cúbico centrado en el cuerpo

Cúbico centrado en las caras

Tetragonal 3 ejes en ángulos rectos, dos de ellos iguales .

Tetragonal sencillo

Tetragonal centrado en el cuerpo

Ortorrómbico 3 ejes distintos en ángulos rectos.

Ortorrómbico simple

Ortorrómbico centrado en el cuerpo

Ortorrómbico centrado en las bases

Ortorrómbico centrado en las caras

Romboédrico 3 ejes iguales, inclinados por igual. Romboédrico simple

Hexagonal

2 ejes iguales a 120º y a 90º con el tercero.

Hexagonal sencillo

Monoclínico

3 ejes distintos, dos de ellos no forman 90º .

Monoclínico simple

Monoclínico centrado en la base

Triclínico

3 ejes distintos con distinta inclinación,

y sin formar ningún ángulo recto.

Triclínico simple

Tabla 1. Clasificación de celdas unitarias.

La celda unidad se describe por los parámetros reticulares a, b y c, y sus ángulos de orientación a b y g. Todas las redes cristalinas pueden encuadrarse en 14 celdas unitarias estándar que se indican en la tabla 1, y se representan en la figura 2

Por su mayor interés en materiales metálicos, se describen las celdas hexagonales y cúbicas.

Figura 2. Representación de las celdas unitarias.

1) Hexagonal compacto ( h.c.)

Figura 3.Celdas unitarias de las principales estructuras cristalinas metálicas:

a) cúbica centrada en el cuerpo, b) cúbica centrada en las caras, y c) hexagonal compacta.

Posee una sucesión regular de planos densos del tipo ABABABA..., o BCBCB..., o CACAC... como puede observarse en la figura 3.35c. Esta estructura se describe corriente-mente por su retículo unidad en el que cada punto representa el centro de la posición ocupada por un átomo. La celdilla queda descrita por los parámetros a y c. La dirección densa, situada en el plano basal, es la que pasa por el centro. El radio del átomo viene determinado en esta dirección según el modelo de esferas duras, por ra = a/2.

Con este modelo, la relación c/a debe ser 1,633, aunque con frecuencia encontramos valores aproximados que corresponden a estructuras deformadas como se observa en la tabla 3.4.

Tabla 2. Energías y longitudes de enlace covalentes.

Elemento Estructura Distancia

interatómica (Å) Relación

Axial T (ºC)

Aluminio ccc 2.86

Zinc HD 2.66 1.57

Cobalto HD

cc 3.17

3.13 1.59 20

867

Cobre ccc 2.55

Cromo cc 2.50

Hierro cc

ccc 2.48

2.58 20

950

Molibdeno cc 2.79

Níquel ccc 2.49

Plata ccc 2.88

Platino cc 2.77

Plomo ccc 3.50

Titanio HD

cc 2.89

2.89 1.60 25

900

Vanadio cc 2.63

Wolframio cc 2.74

El número de coordinación, que se define como el número de átomos que contactan con cada uno, es en esta estructura de doce; y el número de átomos por celdilla es de seis.

2) Cúbico centrado

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