SÓLIDOS INORGÁNICOS. Tema 6. FUNDAMENTOS

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1 SÓLIDOS INORGÁNICOS Tema 6. Fundamentos Tema 7. Sólidos metálicos Tema 8. Sólidos iónicos Tema 9. Sólidos covalentes Tema 10. Sólidos moleculares Tema 11. Defectos y no-estequiometría Tema 12. Propiedades físicas de los sólidos Casabó, J., Estructura atómica y enlace químico. Reverté, Barcelona, Callister, W. D., Materials science and engineering. An introduction. 3ª Ed., John Wiley and Sons, Nueva York, Smart, L., Moore, E., Química del estado sólido. Una introducción. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, Shriver, D. F., Atkins, P. W., Inorganic chemistry. 3ª Ed., Oxford University Press, Oxford, Douglas, B. E., McDaniel, D. H., Alexander, J. J., Concepts and models in inorganic chemistry. 3ª Ed., John Wiley & Sons, Nueva York, Tema 6. FUNDAMENTOS Tipos de sólidos. Estructura cristalina. Difracción de rayos X. Redes y celda unidad. Redes de Bravais. Contenido de la celda unidad. Número de coordinación

2 Tipos de sólidos Sólidos cristalino Es un ordenamiento de átomos, iones o moléculas que se unen entre sí mediante las fuerzas de cohesión correspondiente, según un modelo regular repetitivo. Sólidos metálicos Los metales y las aleaciones son sistemas sólidos integrados por átomos unidos por fuerzas de enlace metálico. Sólidos iónicos Son sólidos constituidos por aniones y cationes que se mantienen unidos entre sí mediante fuerzas electrostáticas. Sólidos covalentes Son sólidos con un ordenamiento tridimensional en el que existen enlaces covalentes entre todas las unidades estructurales. Sólidos moleculares Son sólidos formados por moléculas que se mantienen unidas entre sí mediante fuerzas intermoleculares. Importancia tecnológica de los sólidos Apariencia Piedras preciosas y semipreciosas Propiedades mecánicas Metales / aleaciones Cemento / Hormigón Cerámicas Lubricantes Abrasivos Propiedades eléctricas Conductores metálicos Semiconductores Superconductores Electrolitos Piezoeléctricos Propiedades magnéticas Tecnología de grabación Propiedades ópticas Pigmentos Fósforos Láseres Dobladores de frecuencia de la luz Catalizadores Zeolitas Sensores Sensores de oxígeno

3 Estructura cristalina Ley de Bragg 2d sen θ = nλ Difracción de rayos X Se basa en la dispersión de los rayos X por los electrones de un sólido. Los cristales sirven de eficaces mallas de difracción para los rayos X.

4 Redes y celda unidad (1) Red cristalina es un ordenamiento infinito de puntos en el espacio, en el que cada punto tiene idéntico entorno. Estructura cristalina es el ordenamiento periódico de átomos en un cristal. Cada cristal deriva de un bloque de construcción básico ( ladrillo ) que se repite en todas las direcciones del espacio. Este bloque de construcción se denomina celda unidad. Redes y celda unidad (2) Red monodimensional Es un conjunto de objetos espaciados de manera uniforme. La celda unidad de una red monodimensional viene determinada por un único parámetro, a. Estructura cristalina Red a

5 Redes y celda unidad (3) Redes bidimensionales (2D) Las redes bidimensionales son 5 (17 grupos espaciales).los parámetros que definen la celda unidad de una red bidimensional son dos distancias (a, b) y un ángulo (γ). cuadrada a = b γ = 90 p4, p4mm, p4gm hexagonal a = b γ = 120 p3, p3m1, p31m, p6, p6mm rectangular a b γ = 90 pm, pg, p2mm, p2mg, p2gg rectangular centrada a b γ = 90 c2mm, cm oblícua a b γ 90 p1, p2 Redes y celda unidad (4) Redes tridimensionales (3D) Las redes tridimensionales se forman por repetición en las tres direcciones del espacio de una celda unidad que es un paralelepípedo definido por tres distancias (a, b, c) y tres ángulos (α, β, γ). Primitiva: P Centrada en el cuerpo: I Centrada en dos caras: A, B, C centrada en las caras: F

6 Sistemas cristalinos Sistema Celda unidad Requisitos de simetría Triclínico a b c α β γ 90º Ninguno Monoclínico a b c α = γ = 90º β Un eje binario o un plano de simetría Ortorrómbico Tetragonal a b c α = β = γ = 90º a = b c α = β = γ = 90º Tres ejes binarios o tres planos perpendiculares entre sí Un eje de rotación cuaternario o un cuaternario impropio Tipos de celda unidad Trigonal a = b = c α = β = γ 90º Un eje de rotación ternario Hexagonal a = b c α = β = 90º; γ = 120º Un eje de rotación senario o un senario impropio Cúbico a = b = c α = β = γ = 90º Cuatro ejes de rotación ternarios a º entre sí International Tables for Crystallography, vol A Redes de Bravais Cúbico Tetragonal Ortorrómbico Monoclínico Triclínico P I C Hexagonal R F

7 Contenido de la celda unidad 2D 3D Vértices 8 celdas 1/8 Aristas 4 celdas 1/4 Caras 2 celdas 1/2 Interior 1 celda 1 Vértices 4 celdas 1/4 Aristas 2 celdas 1/2 Interior 1 celda 1 1/8 átomo en 8 vértices 1/8 átomo en 8 vértices 1 átomo en el centro 1/2 átomo en 6 caras 1/8 átomo en 8 vértices Número de coordinación Es el número de átomos vecinos más proximos que rodean a un determinado átomo.

8 Redes 2D Escher 8

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10