TEMA 8: SÓLIDOS INORGÁNICOS 1.- Tipos de sólidos 2.- Redes bidimensionales y tridimensionales 3.- Celda unidad y sus parámetros: - nº de átomos / celda - nº de coordinación (NC) - fracción de volumen ocupado 4.- Modelo de esferas rígidas: 4a.- Tipos de empaquetamiento: - cuadrado - hexagonal 4.b.- Tipos de huecos 5.- Estructura de sólidos METÁLICOS según el modelo de esferas rígidas 6.- Estructura de sólidos IÓNICOS según el modelo de esferas rígidas 1
1.- TIPOS DE SÓLIDOS INORGÁNICOS S. molecular S. metálico Agua H 2 O α-fe S. iónico S. atómico o covalente NaCl Grafito (C) 2
2.- REDES BI Y TRIDIMENSIONALES 2.a.- Descripción de estructuras en dos dimensiones Dibujo bidimensional b a Patrón o red bidimensional cuadrada Nodo, punto de red o punto reticular: Punto en el que se cortan dos planos Celda unidad a y b = parámetros de red 3
Elección de la red 5 tipos de redes bidimensionales 4
Celda unidad Motivo, unidad asimétrica o unidad estructural + = Red (concepto matemático) Motivo Dibujo bidimensional 5
Unidad asimétrica con más de un elemento: Red cristalina Unidad asimétrica Punto reticular Celda unidad Las unidades asimétricas no tienen por qué estar sobre los nodos: 6
2.b.- Descripción de estructuras en tres dimensiones Cristales Se requiere un patrón o red tridimensional 7 sistemas o redes cristalinas Sistema Cristalino Cúbico Tetragonal Ortorrómbico Hexagonal Trigonal (o Romboédrica) Monoclínico Triclínico Ejes a = b = c a = b c a b c a a = b c a = b = c a b c a a b c a Angulos entre ejes α = β = γ = 90º; α = β = γ = 90º α = β = γ = 90º α = β = 90º; γ = 120º α = β = γ 90º α = γ = 90º; β 90º α β γ (Todos distintos de 90º) 7
En muchos sólidos, las unidades asimétricas no solo se encuentran sobre lo que hemos denominado nodo o punto de red, sino que existen puntos adicionales en la celda unidad sobre los que se encuentran las unidades asimétricas. Las posibilidades son las siguientes: P: Celda primitiva o simple en la que los puntos reticulares son sólo los vértices del paralelepípedo F: Celda centrada en las caras, que tiene puntos reticulares en las caras, además de en los vértices. Si sólo tienen puntos reticulares en las bases, se designan con las letras A, B o C según sean las caras que tienen los dos puntos reticulares I: Celda centrada en el cuerpo que tiene un punto reticular en el centro de la celda, además de los vértices Combinando los 7 sistemas cristalinos con las disposiciones de los puntos de red mencionados, se obtendrían 28 redes cristalinas posibles. En realidad, como puede demostrarse, sólo existen 14 configuraciones básicas, pudiéndose el resto obtener a partir de ellas. Estas estructuras se denominan redes de Bravais: 8
Sistema cristalino triclínico P Redes de Bravais monoclínico P C ortorómbico P C I F tetragonal P I romboédrico (trigonal) P hexagonal P cúbico P I F 9
3.- PARÁMETROS DE LA CELDA UNIDAD Celda unidad de un sólido metálico (α-fe) Celda unidad de un sólido iónico (NaCl) 1) Nº de átomos por celda unidad: Deben diferenciarse aquéllos átomos que pertenecen solamente a una determinada celda de los que son compartidos con las celdas vecinas. 2) Nº de coordinación: Es el nº de vecinos más próximos que rodean a un determinado átomo en una estructura 3) Factor de ocupación el espacio: Es la fracción del espacio disponible de la c.u. está ocupada por los átomos contenidas en la misma suponiendo que cada átomo sea una esfera rígida de radio r. 10
4.- ESTRUCTURA DE LOS SÓLIDOS INORGÁNICOS. MODELO DE ESFERAS RÍGIDAS 4.a.- Tipos de empaquetamiento 4.a.a) Empaquetamiento cuadrado: AAAA ABAB Cúbico simple (sc) Cúbico centrado en el cuerpo (bcc) 11
4.a.b) Empaquetamiento hexagonal : AAAAAA ABAB Hexagonal simple (sh) Hexagonal compacto (hcp) ABCABC Las esferas están siempre en contacto Cúbico compacto (ccp) 12
4.b.- Tipos de huecos (Los huecos están representados por puntos negros) huecos octaédricos (NC = 6) huecos tetraédricos (NC = 4) Huecos cúbicos (NC=8) 13
5.- ESTRUCTURA DE SÓLIDOS METÁLICOS (Todas las esferas del mismo tamaño) 5a.- Metales con empaquetamiento cuadrado sc: α-po (NC= 6) (único metal conocido con esta estructura) bcc: Ba, Cr, α-fe, W y metales alcalinos (NC= 8) 5b.- Metales con empaquetamiento hexagonal compacto hcp: Be, Cd, Co, Mg, Ti, Zn ccp: Ag, Al, Au, Ca, Cu, Ni, Pb, Pt 14
6.- ESTRUCTURA DE SÓLIDOS IÓNICOS: (Empaquetamientos cúbicos o hexagonales de aniones; cationes alojados en los huecos) 6a) Estructuras con láminas de empaquetamiento cuadrado: Cs + (8,8) Cl - CsCl sc de Cl - y centro cubo con Cs + 6b) Estructuras con láminas de empaquetamiento hexagonal Cl - Na + Zn 2+ S 2- (6,6) Sal gema (NaCl) ccp de Cl - y h. oct. con Na + (4,4) Esfalerita o ZnS blenda ccp de S 2- y ½ de h.tetr. con Zn 15 2+
Qué tipo de hueco ocupan los cationes? El valor del cociente entre el radio del ión más pequeño (suele ser el catión) y del ión más grande (suele ser el anión) determina el tipo de hueco ocupado por el primero. Se conoce como Relación de radios : ρ = r < /r > Relación de radios, ρ = r < /r > 1,00 ρ 0,732 0,732 ρ 0,414 0,414 ρ 0,225 NC del catión 8 6 4 16