Generalidades sobre Sólidos

Prof. Sergio Casas-Cordero E.

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-, ..)

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

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.

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)

Alotropías del Carbono

Diamante Cuarzo

Grafito

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.

Naica, México (cristales de yeso)

Chile

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)

∆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.

El Punto de Fusión sirve

para diferenciar entre

sólidos cristalinos y

sólidos amorfos.

Sólo los cristales

presentan un valor nítido

de Punto de Fusión.

Transformación de un sólido cristalino en amorfo

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.

La geometría de los cristales

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

Los tres tipos de celdas cúbicas

8 celdas unitarias lo comparten

2 celdas unitarias lo comparten

1 átomo/celda unitaria

(8 x 1/8 = 1)

2 átomos/celda unitaria

(8 x 1/8 + 1 = 2)

4 átomos/celda unitaria

(8 x 1/8 + 6 x 1/2 = 4)

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

Dispositivo para obtener un patrón

de difracción de rayos X de un cristal

Distancia adicional = BC + CD = 2d senq = nl (Ecuación Bragg)

Reflexión de rayos X por dos planos de átomos

Rayos incidentes Rayos reflejados

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

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

Fin segunda parte