Estructura del estado sólido de las sustancias y propiedades físicas

Enrejado. Una red es un conjunto ordenado de puntos que definen la estructura de un cristal o de partículas formadoras de cristales. Sus puntos identifican la celda unitaria de un cristal. Una red cristalina es una disposición estructural tridimensional simétrica de átomos, iones o moléculas, en forma de puntos. Los iones en la red cristalina necesitan menos energía para permanecer juntos. Esto se debe a su disposición sistemática que los hace estables. ¿Qué más sabes sobre sus características?.

Características comunes de una red cristalina. En una red cristalina, cada átomo, ion o molécula está representado por un solo punto. Estos puntos se conocen como puntos reticulares. Aquellos que están unidos por líneas rectas. Conectando estas líneas obtenemos una estructura tridimensional de una red cristalina también conocida como red de BravaisCeldas unitarias. La celda unitaria es la parte más pequeña de la red cristalina. Es la unidad repetitiva más simple mediante la cual se genera toda la red. Hay varios tipos de celdas unitarias.

Celda unitaria primitiva. Una celda unitaria primitiva se observa cuando solo las posiciones de las esquinas están ocupadas por partículas.

Celda unitaria centrada. Una celda unitaria centrada tiene tres tipos. centrado en el cuerpo, cuando las partículas están situadas en el centro del cuerpo. Centrado en la cara, cuando las partículas están situadas en el centro del cuerpo. Centrado en la base, cuando la partícula está situada en el centro de dos caras opuestas.

Cloruro de sodio. NaCltiene una celda unitaria cúbica. Lo mejor es pensarlo como una matriz cúbica de aniones centrada en las caras con una red de cationes interpenetrantes centrada en las caras. NaCles un haluro alcalino con una FCCEstructura cristalina. Permanganato de potasio. El permanganato de potasio tiene una celda unitaria ortorrómbica que contiene moléculas con dimensiones a=9.09Å, b=5.72Åy c=7.41Å.

Clasificaciones. La red cristalina se clasifica en siete sistemas de red diferentes. Sistema Triclínico. En un sistema triclínico, los tres ejes tienen una inclinación entre sí y son de la misma longitud. Todos los ángulos α, β y γ no son iguales a 90 grados.

Esta imagen es una fotografía de Microclina, un cristal perteneciente al sistema Triclínico. Es importante tener en cuenta que la forma de la celda unitaria contribuye a la forma final. Sin embargo, la forma que se ve aquí no representa la forma de la celda unitaria.

Sistema Monoclínico. En este los dos ejes forman un ángulo de 90 grados entre sí, mientras que el tercer eje tiene una inclinación. Todos estos tienen diferentes longitudes. Aquí puedes ver un cristal monoclínico.

Sistema ortorrómbico. Los tres ejes forman un ángulo de 90 grados entre sí. Estos tienen diferentes longitudes. Hay cuatro tipos. ortorrómbico primitivo que se muestra en la parte superior izquierda. La ortorrómbica centrada en la base se muestra en el lado superior derecho. La ortorrómbica centrada en el cuerpo se muestra en la parte inferior izquierda. La ortorrómbica centrada en la cara se muestra en el lado inferior derecho.

A continuación se muestra un ejemplo de un cristal perteneciente a un sistema ortorrómbico. Procede de la mina Salsigne en Francia. Es un cristal de aragonito.

Sistema Trigonal. En los sistemas trigonales, hay tres lados, con forma de pirámide. Sistema hexagonal. Tiene cuatro ejes, de los cuales tres tienen la misma longitud y además están en un planoSe cruzan entre sí en un ángulo de 60°. Los cuartos ejes intersecan otros ejes en los 90 grados. Sistema tetragonal. En los sistemas tetragonales, dos ejes tienen la misma longitud y están en el mismo plano mientras que los terceros ejes varían en longitud y pueden ser cortos o largos. Sistema cúbico. En un sistema cúbico, los tres ejes se intersecan a 90 grados entre sí y tienen la misma longitud.

Enlace formado durante la formación de la red. Los átomos se organizan en una red debido a la fuerza de atracción neta entre sus electrones y núcleos. Los cristales formados por formación reticular pueden ser de una de tres categorías. Se clasifican en diferentes tipos debido al tipo de enlace que tienenEste enlace puede ser de naturaleza covalente, iónica y metálica. En el enlace iónico, los átomos intercambian electrones durante la formación de la red cuando entran en contacto. En el enlace covalente, las moléculas comparten electrones emparejados durante la formación de la red. En el enlace metálico, existe una fuerza de atracción entre los electrones que se mueven libremente y los iones metálicos positivos durante la formación de la red.

La magnitud de las fuerzas que mantienen unida una sustancia iónica es muy alta. Tiene un efecto dramático en muchas de sus propiedades. Por lo tanto, los puntos de fusión varían con las energías reticulares de sustancias que tienen una estructura similar. Debido a que la magnitud de la fuerza que mantiene unidas las sustancias es alta, el punto de fusión también es alto. La distancia entre iones también se ve afectada de tal manera que cuanto menor sea la distancia, más fuerte será el enlace.

Redes homoatómicas. ¿Qué sabes sobre estos? ¿Latties? Las moléculas que están formadas por átomos del mismo elemento se denominan homoatómicas. Un tipo de átomo se une y forma moléculas al organizarse en una disposición tridimensional, formando una red. Por lo tanto, las redes formadas por átomos homogéneos se denominan redes homoatómicas.

Diamante. La estructura cristalina de un diamante es una red cúbica centrada en las caras. Esta estructura cristalina cúbica es un patrón repetitivo de átomos. En estas disposiciones, los átomos pueden formar cuatro enlaces covalentes muy fuertes. Por lo tanto, es evidente que los átomos tienden a formar estructuras tridimensionales.

Grafito. Los grafitos están constituidos por láminas de anillos hexagonales fuertemente unidos. Debido a que las láminas están alejadas unas de otras y además débilmente unidas entre sí, estas láminas pueden moverse paralelas entre sí, lo que hace que el grafito sea un lubricante suave. No hay enlaces covalentes entre las capas. Cada carbono forma tres enlaces covalentes con otros átomos de carbono.

Redes heteroatómicas. Los átomos de diferentes elementos forman enlaces covalentes y se disponen en una estructura tridimensional llamada redes heteroatómicas. Estas moléculas se forman mediante enlaces covalentes entre átomos de diferentes elementos. Estas moléculas unidas covalentemente se organizan en la estructura reticular. Debido a que las redes heteroatómicas se forman mediante enlaces covalentes entre un átomo de diferentes elementos, tienen una magnitud muy alta de fuerza que mantiene unidas estas moléculas. Por eso tienen una alta dureza y unos puntos de fusión y ebullición elevados.

Generalmente, el punto de fusión, el punto de ebullición y la solubilidad individuales dependen de la polaridad de la molécula. Los compuestos iónicos son más polares y solubles en agua. Pero aquellas redes heteroatómicas que tienen menos polaridad y más características no polares son insolubles en agua. Las redes heteroatómicas han formado moléculas que tienen átomos de diferentes elementos unidos covalentemente. Porque estas moléculas están unidas covalentemente y la magnitud reticular de la fuerza es alta. Estas redes no pueden conducir electricidad. Esto también se debe a que estos no tienen electrones libres.

La sílice es un óxido de silicio. Se encuentra en la naturaleza en forma de cuarzo y también se observa en varios organismos vivos. Esto tiene una estructura lineal como CO₃²-. Los átomos de silicio exhiben una coordinación tetraédrica con cuatro átomos de oxígeno que rodean un átomo central de Si. Por lo tanto, el dióxido de silicio forma una red tridimensional de sólidos. En este, cada átomo está unido covalentemente con los otros cuatro átomos de oxígeno de manera tetraédrica. Su estructura también se denomina estructura covalente gigante.

Red molecular no polar. Las moléculas no polares están formadas por átomos como los gases nobles o formadas por enlaces covalentes no polares. En la red molecular, los puntos de la red son ocupados por moléculas. En las redes de moléculas no polares, los puntos de la red están ocupados por moléculas no polares o gases nobles. En las redes de moléculas no polares, los átomos o moléculas se mantienen unidos por fuerzas de dispersión débiles. Se llaman fuerzas de Van der Wall. No existen enlaces covalentes fuertes entre los puntos o capas de la red. Por lo tanto, las fuerzas de van der Wall los mantuvieron unidos formando una red.

Los puntos de fusión y ebullición de las redes moleculares no polares son muy bajos y suelen estar en estado líquido o gaseoso a temperatura y presión ambiente. Existe un fuerte enlace covalente entre las moléculas que mantiene unido al átomo. Debido a estos enlaces covalentes intermoleculares los electrones están localizados. Es por eso que las redes moleculares son blandas y malos conductores de electricidad.

Es probable que las moléculas no polares se disuelvan en disolventes no polares. El hexano es un disolvente no polar, por lo que las moléculas no polares se disuelven más fácilmente en él. También se debe a que ambos se atraen entre sí y los enlaces que unen las moléculas del soluto no polar se rompen. Algunos ejemplos de disolventes no polares son el cloroformo, el tolueno, el hexano y el diclorometano.

Cristal de yodo. El yodo es un sólido no metálico, casi negro, a temperatura ambiente. Tiene un aspecto cristalino brillante. Su red molecular contiene moléculas diatómicas discretas, que también se observan en estado fundido y gaseoso. Una red molecular no polar de yodo se disuelve en cloroformo y hexano, un disolvente no polar. No se disuelve en agua. Tiene una alta dureza, punto de fusión y punto de ebullición.

Redes moleculares polares. Este tipo de moléculas se forman mediante enlaces covalentes polares. Estas moléculas se mantienen unidas por interacciones dipolo-dipolo relativamente más fuertes. Las redes de moléculas polares contienen moléculas polares en los puntos de la red. Es más probable que estas moléculas polares se disuelvan en el disolvente polar. Esto se debe a que los disolventes polares tienen una carga negativa y positiva en diferentes lugares de sus sustancias. Estos ayudan a disolver otras moléculas polares. La interacción dipolo-dipolo es útil en este punto. Algunos disolventes polares son agua, acetona, acetonitrilo, isopropanol y metanol.

Debido a que estos sólidos son blandos y no tienen electrones libres, no conducen electricidad. Estas moléculas son polares. Dado que estas moléculas tienen interacción dipolo-dipolo, hay cargas parcialmente positivas y parcialmente negativas en ellas. Cada molécula tiene un momento dipolar permanente. Debido a una interacción dipolo-dipolo más fuerte, estas redes moleculares polares tienen alta dureza, altos puntos de fusión y altos puntos de ebullición.

Hielo. El hielo es un sólido cristalino que consta de iones unidos por la atracción eléctrica de cargas opuestas. En este, las moléculas están conectadas por enlaces de hidrógeno que son permanentes debido a su estado congelado. El resultado es una estructura de moléculas interconectadas de forma hexagonal.

Redes iónicas. Un compuesto iónico es una estructura gigante de iones. Debido a que los iones tienen una disposición regular y repetitiva, se denomina red iónica. Esto se forma porque los iones se atraen entre sí. Forman un patrón regular con iones con carga opuesta uno al lado del otro. Esta red tridimensional se mantiene unida mediante enlaces iónicos. Estos se muestran como líneas rectas entre iones. Los enlaces iónicos son fuertes fuerzas electrostáticas entre iones con carga opuesta.

Una red iónica gigante contiene una gran cantidad de iones y enlaces iónicos. Por lo tanto, se requiere mucha energía para romper la atracción entre estos iones con carga opuesta. Como resultado, los compuestos iónicos tienen puntos de fusión y de ebullición elevados. Las sustancias iónicas generalmente son más solubles en el disolvente polar porque la energía reticular es alta. Por lo tanto, se requiere más disolvente polar para superar la energía reticular del compuesto iónico para poder disolverlo. Por lo tanto, el agua es el disolvente más común para los compuestos iónicos. Esto ocurre por la siguiente razón:. El catión positivo del sólido iónico es atraído por el extremo negativo del agua. Además, el anión negativo del compuesto iónico es atraído por el extremo positivo de la molécula de agua.

Los sólidos iónicos no tienen electrones libres. Cualquier partícula cargada puede conducir corriente, pero en una red sólida, todos los iones quedan atrapados. Por lo que no pueden moverse de sus posiciones fijas. Por lo tanto, los compuestos iónicos sólidos no conducen electricidad. Los compuestos iónicos cuando están en estado fundido tienen iones libres de un plano a otro. Entonces, en estado fundido, los compuestos iónicos pueden conducir electricidad. Cuando los compuestos iónicos están en una solución, tienen iones libres que se mueven libremente. Conducen electricidad porque los iones libres se mueven de un lugar a otro.

Cloruro de sodio. Los enlaces iónicos ocurren generalmente entre iones metálicos y no metálicos. Como el sodio es un metal y el cloruro es un no metal, forman compuestos iónicos NaClutilizando un enlace iónico. Esto es sal. En la sal, tanto el sodio como el cloro completan su octeto cuando el sodio dona sus electrones de valencia al cloro. Sus moléculas se organizan en una estructura tridimensional como una FCCmatriz del anión con una interpenetración FCCred de cationes. Cada ion tiene seis coordenadas y contiene geometría octaédrica local. Tiene una celda unitaria cúbica.

Celosías metálicas. Es el tipo de enlace que se forma para crear la estructura de los metales. En estas redes, los iones metálicos cargados positivamente están dispuestos en filas regulares. Sus electrones deslocalizados se comparten entre todos ellos. Estos electrones circulan por las filas de forma deslocalizada. En la red metálica, los metales están compuestos de átomos en capas ordenadas que forman una estructura cristalina tridimensional. Generalmente muestra una red cúbica centrada en el cuerpo en la que cada átomo está rodeado por ocho vecinos más cercanos.

Esto también se muestra en la red cúbica centrada en las caras, en la que un átomo dado tiene doce vecinos más cercanos. También muestra una disposición cerrada, empaquetada o hexagonal, en la que cada metal está conectado a seis iones adyacentes en un plano. El magnesio es un sólido metálico. En sus unidades reticulares que ocupan sitios reticulares se encuentran iones mg que están rodeados por electrones deslocalizados. La disposición de los iones se realiza en un plano, que es una matriz hexagonal o una capa cerrada y empaquetada de metal. Por lo tanto, cada metal tiene seis iones adyacentes en un plano.

Cuando los átomos de sodio se unen forman la red cúbica centrada en el cuerpo. Cada átomo de sodio está rodeado por otros ocho átomos de sodio vecinos que están organizados en una disposición cúbica. En la ilustración, como podemos ver, el sodio central está rodeado por 8 átomos de sodio vecinos. El aluminio tiene una estructura cristalina cúbica centrada en las caras a temperatura ambiente. Es un metal de gran importancia porque posee alta conductividad eléctrica y térmica, alta resistencia a la corrosión y tiene buena reflectividad.