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Generalidades sobre Sólidos
Prof. Sergio Casas-Cordero E.
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Propiedades de las sustancias
Características de los sólidos de red covalente
- Los átomos están unidos por una red continua de enlaces
covalentes.
- Malos conductores eléctricos.
- Insolubles en todos los disolventes comunes.
- Puntos de fusión muy elevados (1000ºC)
- Ejemplos comunes: C (grafito/diamante) Pf = 3500 ºC,
Cuarzo (Silicatos: SiO2, SiO32-, Si4O10
4-, ..)
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Características de los sólidos iónicos
• Se mantienen unidos por fuerzas electrostáticas intensas entre iones
contiguos con cargas opuestas. (NaCl, MgO, Na2CO3, ...)
• Muchos compuestos iónicos son solubles en agua y disolventes
polares. (Son insolubles en disolventes apolares)
• No conducen la electricidad, puesto que los iones tienen posiciones
fijas en la estructura sólida. Sin embargo son buenos conductores
cuando están fundidos o disueltos en agua.
• No son volátiles y tienen un punto de fusión alto.
Propiedades de las sustancias
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Propiedades de las sustancias
Características de los sólidos metálicos
-Las unidades estructurales son los electrones y cationes.
M+ e- M+ e- M+ e-
M+ e- M+ e- M+ e-
M+ e- M+ e- M+ e-
M+ e- M+ e- M+ e-
- Conductividad eléctrica elevada (e- móviles)
- Conductividad térmica alta.
- Dúctiles (cables) y maleables (láminas)
- Brillo. (reflejan la luz)
- Puntos de fusión muy variados (-39ºC (Hg) hasta 3419ºC (W))
- Insoluble en agua y otros disolventes comunes. El único metal
líquido es el Hg, que disuelve a otros metales formando disoluciones
llamadas amalgamas.
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Tipo de
sólido Partículas
Fuerzas
intermoleculares Propiedades Ejemplos
atómico átomos dispersión de London
Suaves, PF muy bajos
malos conductores del
calor y la electricidad
gases nobles
molecular moléculas
dispersión de London
dipolo - dipolo
enlace de hidrógeno
bastante blandos
PF de bajo a moderado
pobres conductores de
calor y electricidad
CH4, I2, H2O, CO2,
C12H22O11
iónico Cationes y
aniones
atracciones
electrostáticas
ion-ion
duros y frágiles
PF alto
malos conductores
térmicos y eléctricos en
estado sólido
NaCl, Ca(NO3)2, CaO
metálico átomos enlaces metálicos
de blandos a duros
PF de bajos a altos
excelentes conductores
térmicos y eléctricos,
maleables y dúctiles
Na, Fe, W, Cu
red
covalente átomos enlaces covalentes
muy duro
PF muy altos
pobres conductores
térmicos y eléctricos
diamante (C),
SiO2 (cuarzo),
SiC (carborundum)
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Alotropías del Carbono
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Diamante Cuarzo
Grafito
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Los cristales Son estructuras
tridimensionales, que
resultan del agregado
ordenado de átomos o
moléculas.
Se forman en las
profundidades de la corteza,
en condiciones de alta
presión y temperatura.
En la superficie, se obtienen
cuando una solución de alta
concentración pierde
solvente por evaporación.
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Naica, México (cristales de yeso)
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Chile
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Punto de fusión de Sólidos cristalinos y amorfos
El Punto de fusión, sirve como un criterio de pureza
de las sustancias.
Punto de fusión: Temperatura en la cual coexisten en equilibrio
la fase líquida y sólida de una sustancia pura.
Un sólido impuro, equivale al comportamiento de una solución
que presentará un descenso en su punto de congelación (punto
de fusión) proporcional a la cantidad de impurezas que
contenga. (propiedad Coligativa; ∆T = - Kc x molalidad)
Solvente: sólido mayoritario
Soluto: sólido minoritario (impureza)
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∆G = ∆H - T∆S
La presencia de impureza debe entenderse como un
aumento de la Entropía (desorden) del material.
El Calor necesario para la fusión
(∆Hºfusión) es un valor constante.
La espontaneidad puede
ahora ocurrir a menor valor
de Temperatura.
Exceso de impurezas eleva la ∆Sº.
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El Punto de Fusión sirve
para diferenciar entre
sólidos cristalinos y
sólidos amorfos.
Sólo los cristales
presentan un valor nítido
de Punto de Fusión.
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Transformación de un sólido cristalino en amorfo
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Determinación del Punto de Fusión
Se emplea un Tubo de Vidrio
conocido como “tubo Thiele”.
Este instrumento se rellena con
un aceite de alto punto de
ebullición.
El calentamiento controlado del
tubo, permite la recirculación
del aceite.
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La geometría de los cristales
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Estructuras cristalinas
Los cristales tienen formas geométricas definidas debido a
que los átomos o iones, están ordenados según un patrón tridimensional
definido.
Mediante la técnica de difracción de Rayos X, podemos
obtener información básica sobre las dimensiones y la forma geométrica
de la celda unidad, la unidad estructural más pequeña, que repetida en las
tres diemensiones del espacio nos genera el cristal .
Celda unidad
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Los tres tipos de celdas cúbicas
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8 celdas unitarias lo comparten
2 celdas unitarias lo comparten
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1 átomo/celda unitaria
(8 x 1/8 = 1)
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2 átomos/celda unitaria
(8 x 1/8 + 1 = 2)
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4 átomos/celda unitaria
(8 x 1/8 + 6 x 1/2 = 4)
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Cuando la plata cristaliza forma celdas cúbicas centradas en las caras. La longitud de la arista de la celda unitaria es de 409 pm. Calcule la densidad de la plata.
d = m
V V = a3 = (409 pm)3 = 6.83 x 10-23 cm3
4 átomos/celda
m = 4 Ag átomos 107.9 g
mol Ag x
1 mol Ag
6.022 x 1023 átomos x = 7.17 x 10-22 g
d = m
V
7.17 x 10-22 g
6.83 x 10-23 cm3 = = 10.5 g/cm3
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Dispositivo para obtener un patrón
de difracción de rayos X de un cristal
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Distancia adicional = BC + CD = 2d senq = nl (Ecuación Bragg)
Reflexión de rayos X por dos planos de átomos
Rayos incidentes Rayos reflejados
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Ecuación de Bragg
senθ d 2 λ n n = número entero
λ = longitud de onda de los rayos X empleados
d = distancia entre los planos de sus caras (arista)
θ = ángulo de difracción
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Un cristal difracta los rayos X de longitud igual a 0.154 nm con un ángulo de 14.170. Suponiendo que n = 1, ¿cuál es la distancia (en pm) entre las capas del cristal?
nl = 2d sen q n = 1 q = 14.170
l = 0.154 nm = 154 pm
d = nl
2senq =
1 x 154 pm
2 x sen14.17 = 314,54 pm
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Fin segunda parte