Estructuras Cristalinas

FASES CRISTALINAS

Fase cristalina: fase sólida en la que las unidades componentes se empaquetan en una disposición regular. Las estructuras se determinan mediante cristalografía de rayos X.

ESTRUCTURAS CON EMPAQUETAMIENTO COMPACTO

Las estructuras de muchos sólidos inorgánicos se pueden explicar mediante empaquetamiento de esferas. Si imaginamos los átomos como esferas duras, es posible disponerlas en una capa A en empaquetamiento cuadrado o compacto, con compacidad de 79 y 91%, respectivamente. Para conseguir un sistema tridimensional se añade una segunda capa B. Los centros de las esferas de la segunda capa coinciden con la mitad de los huecos de la primera capa. Al añadir una tercera capa C puede darse dos casos:

-empaquetamiento hexagonal compacto (ABABAB...)

-empaquetamiento cúbico compacto (ABCABC...)

El número de coordinación es de 12 y la compacidad es del 74%.

Los huecos que quedan entre las esferas son tetraédricos y octaédricos. La relación existente entre el tamaño de las esferas y el tamaño de los huecos es: octaédricos: 0.414; tetraédricos: 0.225.

ESTRUCTURA CUBICA CENTRADA EN EL CUERPO. Tiene una compacidad de 68% y número de coordinación igual a 8.

ESTRUCTURA CUBICA PRIMITIVA. El número de coordinación es de 6 y la compacidad del 52%.

CELDA UNIDAD

Es la unidad más pequeña de cristal que se repite en todas direcciones.

En redes monodimensionales la única variable es la separación a o espaciado entre dos puntos consecutivos.

En redes bidimensionales existen cinco posibles redes.

En redes tridimensionales la celda unidad es un paralelepípedo definido por tres distancias a, b y c y tres ángulos, alfa, beta y gamma. Hay SIETE clases cristalinas y CUATRO celdas unidad tri-dimensionales: primitiva (P), centrada en el cuerpo (I), centrada en las caras (F) y centrada en las bases (A, B, C). Al combinar los cuatro tipos de celda con las siete clases cristalinas, resultan CATORCE REDES DE BRAVAIS. Al combinar los posibles elementos de simetría con estas redes, resultan 230 grupos espaciales tridimensionales.

ESTRUCTURAS IONICAS DE FORMULA GENERAL MX

Estructura tipo Cloruro de Cesio, CsCl. Red cúbica primitiva de Cl- con Cs+ en el centro. Una fórmula por celda unidad. Número de coordinación 8.

Estructura tipo Cloruro Sódico, NaCl. Red cúbica centrada en las caras (F) de Cl-, con Na+ en todos los huecos octaédricos. Cuatro fórmulas por celda unidad. Número de coordinación 6.

Estructura tipo Arseniuro de Níquel, NiAs. Equivalente a NaCl, pero con empaquetamiento ABAB... de As. Cada Ni esta rodeado octaédricamente de As, y cada As ocupa el centro de un prisma trigonal de átomos de Ni.

Estructuras tipo Sulfuro de Zinc, ZnS (Blenda y Wurtzita) Empaquetamientos ABCABC... (blenda) o ABABAB... (wurtzita) de S, con Zn en la mitad ordenada de huecos tetraédricos. Son dos polimorfos. La coordinación es cuatro.

ESTRUCTURAS IÓNICAS DE FORMULA GENERAL MX2

Estructuras tipo fluorita y antifluorita La fluorita, CaF2, es una red cúbica centrada en las caras de Ca2+, con iones F- ocupando todos los huecos tetraédricos. Los Ca2+ tienen coordinación 8 y los F- tienen coordinación 4. La estructura tipo antifluorita resulta del intercambio de posiciones de los aniones y los cationes.

Estructuras tipo Cloruro y Ioduro de Cadmio El anión adopta una estructura ABCABC...(Cl-) o ABABAB...(I-) y el catión ocupa la mitad de los huecos octaédricos. El anión está tricoordinado y el catión octaédricamente coordinado. Los huecos ocupados están todos en una interlámina de aniones, cada dos.

Estructura tipo rutilo, TiO2 La celda unidad es tetragonal, con coordinación 6:3 para catión y anión, respectivamente (octaedro y triángulo). Ambos sufren una ligera distorsión.

Estructura tipo beta-cristobalita, SiO2 Los átomos de silicio ocupan las posiciones de Zn y S en blenda y cada par de iones Si tiene un ion óxido intermedio. La coordinación es 4 (Si) y 2 (oxígeno).

OTRAS ESTRUCTURAS

Estructura triyoduro de bismuto BiI3 Hexagonal compacta de yoduros con Bi ocupando un tercio de los huecos octaédricos. Pares alternos de capas tienen 2/3 de huecos octaédricos ocupados.

Corindón, alpha-Al2O3 Hexagonal compacta de iones óxido con 2/3 de huecos octaédricos ocupados por átomos de aluminio.

Trióxido de Renio, ReO3 También se llama estructura tipo fluoruro de aluminio. Octaedros [MO6] unidos a través de todos los vértices, dando lugar a una estructura tridimensional.

Estructuras de óxidos mixtos: Espinela, Perovskita e Ilmenita

Espinela MgAl2O4. La estructura general tipo espinela (AB2X4) pueden adoptarla compuestos con iones con las diferentes cargas formales.

Perovskita (CaTiO3 = ABX3). Varia posibles descripciones:

-El átomo A ocupa el centro de un cubo cuyos vértices ocupan los iones B con iones óxido (X) en los puntos medio de todas las aristas.

-Estructura tipo ReO3 de BX3 con un átomo A añadido en el centro de la celda.

Ilmenita FeIITiIVO3. Óxidos de formula ABO3 (A y B con tamaños similares y carga total +6). Empaquetamiento hexagonal compacto de oxigenos con cationes ocupando 2/3 de los huecos octaédricos. Fe y Ti ocupan capas alternadas.

ESTRUCTURAS COVALENTES EXTENSAS

Diamante Estructura cúbica centrada en las caras con ocupación del 50% de los huecos tetraédricos. Los átomos ocupan las posiciones de Zn y S en la blenda. Todos los átomos son iguales, con coordinación tetraédrica, y distancia C-C = 1.54 Å. El número de coordinación 4.

Cuarzo Una forma de sílice. La forma beta consta de tetraedros [SiO4] unidos entre sí, cada O esta compartido por dos tetraedros. Los tetraedros forman hélices a lo largo del cristal, es un material anisotrópico y desvía el plano de la luz polarizada, según la dirección de la hélice (enantiomorfos).

Grafito

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