Para el Pd. Químik

1. PROPIEDADES Y
ESTRUCTURA DE LOS
SÓLIDOS

2. PROPIEDADES GENERALES E
IMPORTANCIA TECNOLÓGICA
Las características más notorias de
los sólidos son la rigidez, la
incompresibilidad y, en el caso de
los sólidos cristalinos, su geometría
característica.
Los sólidos tienen una importancia
crucial en la ciencia y la técnica
debido al auge que ha tenido
últimamente el área conocida como
“nuevos materiales”.

3. Entre otras, las particulares
propiedades eléctricas y magnéticas de
los sólidos, son algunas de las
propiedades que tienen una enorme
importancia en el desarrollo de muchos
modernos dispositivos electrónicos. Por
otra parte, las superficies de los sólidos
tienen también una gran importancia
práctica actuando como centros de
reacciones químicas en su uso como
catalizadores.

4. PROPIEDADES MACROSCÓPICAS
Una manera de diferenciar a los
sólidos es clasificarlos en
CRISTALINOS o AMORFOS.
SÓLIDOS CRISTALINOS: Los iones,
átomos o moléculas que lo
componen tienen un orden de largo
alcance y forman una RED
CRISTALINA. Sus propiedades
físicas son ANISOTRÓPICAS y
tienen un punto de fusión definido.

5. SÓLIDOS AMORFOS: No tienen orden
de largo alcance y sus propiedades
físicas son isotrópicas y no tienen un
punto de fusión definido
Ejemplos:
Sólidos cristalinos: azúcar, sal, S8 (azu-
fre cristalino), etc.
Sólidos amorfos: vidrio, goma,
azufre plástico (obtenido al enfriar
abruptamente azufre líquido), etc.

6. La división entre amorfo y cristalino
no siempre está bien definida.
Los plásticos tienen cierto grado de
cristalinidad.
Algunos líquidos, llamados cristales
líquidos, no son siempre isotrópicos.
Esto sucede principalmente con
compuestos de moléculas largas y
delgadas.

12. Redes de Bravais.-
Otras redes con átomos en centros de las caras y de las celdas cumplen la propiedad fundamental: Misma vecindad….
7 Sistemas Cristalinos ( Primitivos)
14 Redes Puntuales
N = Ni + (Nc / 2) + (Nv / 8)
( Redes de Bravais )
N = Ni + (Nc / 2) + (Nv / 8)
Ni es el número de puntos en el interior
Nc corresponde a los situados en el centro de las caras
Nv a los situados en los vértices de la celda

13. Wolframio

15. Calcular el Volumen de la Celda Elemental FCC en términos del Radio Atómico
a + a = ( 4R )
2 2 2
a = 2R 2
a
( )
3
VFCC = a = 2 R 2 3
= 16 R 3 2

16. Tamaño Atómico.-
- Menor distancia entre centros de átomos contiguos.
BCC FCC
Densidad Lineal.-
densidad de la dirección <111> BCC 2 átomos /a·3 1/2 Å
densidad de la dirección <110> FCC 2 átomos /a Å
densidad de la dirección <121> HCP 1 átomo / a Å.
HCP
Densidad Plana.-
Densidad del Plano {100} FCC 1 + ( 1 / 4) . 4 = 2 átomos /a 2 (Å)2

17. Factor de Empaquetamiento.-
}
BCC : FEA = [2 átomos / c.u.] 4/3 π r3 (Å3/at.) / a3 (Å3 / c.u.)
FEA = 0.68.
(BCC) r = (31/2 / 4) a
Un 68% del volumen de esta celda está ocupado; el 32% estará vacío
}
FCC : FEA = [4 átomos / c.u.] 4/3 π r3 (Å3/at.) / a3 (Å3 / c.u.)
FEA = 0.74
(FCC) r = (21/2 / 4) a
Un 74% del volumen de esta celda está ocupado; el 26% estará vacío
HCP : FEA = 0.74

18. Estructuras Cerámicas Cristalinas .-
Estructuras Iónicas:
Estable Estable Inestable

19. Cloruro de cesio.- Red Cúbica Simple; Relación de radios : 0,94 NC: 8
CsCl: igual número de cationes que de aniones
Radio Cs+ = 0,170 nm
Radio Cl- = 0,181 nm

21. Fluorita o Fluoruro de calcio.-
Fórmula química CaF2
Red FCC de cationes Ca2+ con los aniones F- ocupando los intersticios tetraédricos
Cuatro Ca2+ +8
Ocho F- -8

22. Densidad.-
Si denominamos “ni“ al número de átomos de cada especie que forman
parte de la celda, “Mi“ al peso molecular de los mismos, “N” el número de
Avogadro (6.023⋅1023 átomos / mol) y “V” el volumen de la celda unidad, la
densidad de la estructura será:
d = Peso celda unidad / Volumen celda unidad = Σ(ni Mi) / NV

23. Sólidos amorfos.-
Estructura de la sílice cristalina (a) y de la sílice amorfa (b).
Polímero amorfo.

24. Otra forma de clasificar a los sólidos
es por la naturaleza del enlace:
- Iónicos
- Moleculares
- Redes covalentes
- Metales

25. SÓLIDOS IÓNICOS
Las unidades que se repiten
periódicamente son iones.
Cada ión de un signo dado está
enlazado por la fuerza coulómbica a
todos los iones de signo opuesto del
cristal. La energía de cohesión en
estos cristales es muy grande (del
orden de los 1000 kJ.mol-1), esta es
la causa por la cual tienen p.f y p.e
grandes.

26. Tienden generalmente a ser duros y
quebradizos. La explicación para esto
se puede encontrar en la naturaleza de
las fuerzas coulómbicas.

28. El desplazamiento de estas capas no
contrapone iones del mismo signo y
por lo tanto es mucho más fácil ener-
géticamente realizar este movimiento
que otro que contraponga iones del
mismo signo.
Otra característica distintiva de los
sólidos iónicos es que son aislantes
eléctricos a bajas temperaturas pero
son muy buenos conductores de la
electricidad cuando están fundidos.

29. SÓLIDOS MOLECULARES
La unidad que se repite es un átomo o
molécula químicamente identificable
sin carga neta. La cohesión en estos
cristales es debida a las fuerzas de
Van der Waals, como consecuencia
de esto generalmente las Tf y Te son
bajas.
En general los cristales moleculares
tienden a ser blandos, compresibles y
fácilmente deformables. Estas
propiedades se deben a que las

30. fuerzas de Van der Waals son débiles y
no-direccionales.
Los cristales moleculares suelen ser
muy buenos aislantes eléctricos. Las
moléculas no tienen carga eléctrica
neta y los electrones se encuentran
localizados alrededor de un grupo
específico de átomos. Consecuente-
mente no hay partículas cargadas
que estén libres para moverse en un
campo eléctrico.

32. SÓLIDOS DE REDES COVALENTES
Todos los átomos están unidos por un
sistema continuo de enlaces de par
electrónico bien definidos. Ejemplos
típicos son el diamante y el cuarzo.
El resultado es una red rígida
tridimensional, que enlaza cada
átomo a todos los demás. De hecho
todo el cristal podría considerarse
como una sola molécula.

34. Algunas estructuras son redes bidimen-
sionales infinitas. El ejemplo más cono-
cido es la estructura del grafito:

35. En la estructura del grafito cada
átomo de carbono está enlazado
covalentemente a otros tres en el
mismo plano de manera de formar
una estructura laminar. La energía
de unión entre las capas es de tipo
de Van der Waals.

36. La energía típica para separar en sus
unidades estructurales (átomos) a los
cristales de redes covalentes pueden
ser de hasta 2000 kJ.mol-1. Estos
compuestos tienen por consiguiente
p.f y p.e. extremadamente altos.
Por otra parte, los enlaces covalentes
son altamente direccionales, por lo
tanto cualquier distorsión implica la
ruptura de dichos enlaces,
consecuentemente estos sólidos son
los más duros que se conocen.

37. En lo que respecta a las propiedades
mecánicas y volatilidad (p.f. y p.e),
los sólidos de redes covalentes no se
distinguen de los iónicos, pero se
pueden utilizar las propiedades
eléctricas para diferenciarlos, ya que
los de redes covalentes no
incrementan bruscamente la
conductividad al fundirse.

38. SÓLIDOS METÁLICOS
Se caracterizan por su brillo, reflec-
tividad, altas conductividades
térmica y eléctrica y por su malea-
bilidad (facilidad con que se pueden
estirar, forjar y doblar sin romperse).
Ejemplos típicos son Ag, Au, Cu, etc.
La mayoría de los metales carece de
una o más de estas características.
Por ejemplo, el W es quebradizo y
consecuentemente no es maleable.

39. El Pb es muy maleable pero no es un
buen conductor de la electricidad.
La estructura electrónica de los metales
se puede representar por un modelo
de electrón libre, en la cual los
electrones de valencia no están
localizados sobre ningún átomo o
conjunto de átomos, sino que le
“pertenecen” a todo el cristal. En una
representación simplificada se
considera que es un conjunto de
iones positivos sumergidos en un
“mar” de electrones.

40. Este modelo de electrones libres explica
la alta conductividad térmica y eléctrica
y concuerda también con las propie-
dades mecánicas de los metales.
En lo que respecta a las propiedades
físicas hay una enorme dispersión, ya
que por ejemplo el Hg funde a -39o C y
el W a 3300o C. Los metales alcalinos
se pueden cortar con un cuchillo
mientras que el Os raya al vidrio. El Cu
es 65 veces mejor conductor que el Bi.
Esto simplemente da cuenta de lo
complejo que es el enlace metálico.