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Las partículas de un sólido, ya sean iones o moléculas, no están completamente rígidas, sino que son libres de vibrar dentro de unos espacios definidos,

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Presentación del tema: "Las partículas de un sólido, ya sean iones o moléculas, no están completamente rígidas, sino que son libres de vibrar dentro de unos espacios definidos,"— Transcripción de la presentación:

1 Las partículas de un sólido, ya sean iones o moléculas, no están completamente rígidas, sino que son libres de vibrar dentro de unos espacios definidos, por lo tanto poseen una cierta energía cinética. El único movimiento que poseen las moléculas es de oscilaciones de un lado a otro, siempre guardando un equilibrio. ESTADO CRISTALINO Los cuerpos sólidos poseen una forma definida o sea un volumen propio, a no ser que se le someta a temperaturas altas y se fundan. Algunas sustancias se transforman directamente en gases, fenómeno conocido como SUBLIMACION. Las sustancias en estado sólido son más densas que en sus estados líquido o gaseoso y su rigidez varía considerablemente, a una presión elevada un sólido puede romperse (frágil), extenderse en una hoja delgada (maleable o dúctil), o regresar a su forma original cuando se elimina la fuerza (elástico). La posibilidad de que un sólido conduzca la electricidad puede ser muy pequeña o muy grande. Estas diferencias en conductividad así como en las demás propiedades se atribuyen a las fuerzas radicalmente diferentes que resultan de la interacción de las partículas en los sólidos

2 Estructuralmente existen dos clases : 1.- SOLIDOS CRISTALINOS.- Este tipo de sólidos presentan propiedades físicas y químicas definidas y están en función de la constitución química. Presentan puntos de fusión fijos y se rompen siempre a lo largo de superficies definidas. CLASES DE SÓLIDOS

3 2.- SUSTANCIAS AMORFAS ( ò VÏTREAS ) : Aquí las partículas adoptan una distribución más o menos al azar, están desordenadas, no poseen forma geométrica definida lo que origina propiedades especiales. Por ejemplo: - Al romperse muestran una fractura curva en la superficie. - Cuando se calientan muestran un reblandecimiento gradual y continuo y pasan lentamente a un estado líquido, al no poseer un punto de fusión claramente definido. - Se les llama algunas veces líquidos sobreenfriados, ya que en realidad son líquidos altamente rígidos y extremadamente viscosos, aunque posean propiedades físicas semejantes a las de los sólidos. El vidrio, los plásticos se incluyen dentro de los sólidos por tener propiedades físicas muy parecidas a la de los sólidos, pero difieren en su constitución interna.

4 Los cristales poseen una constitución vectorial, o sea, sus propiedades son función de la dirección. En las sustancias cristalinas no son equivalentes todas las direcciones. La dependencia entre las propiedades de un cristal y la dirección está influenciada por la simetría del mismo, es decir por el número de planos o de ejes de simetría que son los que condicionan el crecimiento del cristal. CARACTERÍSTICAS GENERALES:

5 Los sólidos cristalinos se clasifican en categorías dependientes del tipo de partículas que forman el cristal y los enlaces que interaccionan entre ellas. FUERZAS DE ENLACEEN LOS SÓLIDOS A.- Fuerzas Iónicas: Constituidas por fuerzas electrostáticas entre iones de signos opuestos que constituyen las partículas del cristal iónico. Desde que estas fuerzas son considerables, los cristales iónicos resultan ser bastante duros, quebradizos, malos conductores caloríficos y eléctricos y de punto de fusión elevados (600 a 3000ºC). Ejemplo: NaCl. CaBr 2, K 2 SO 4 B.- Fuerzas de Van der Waals: Son fuerzas débiles, por lo cual los cristales son blandos y de bajo punto de fusión. Son características de sustancias orgánicas que poseen este tipo de fuerza de enlace entre sus moléculas neutras que constituyen sus partículas cristalinas.

6 C.- Fuerzas de Enlace Covalente: Los sólidos covalentes (sólidos de red cristalina), son aquellos que mantienen unidas sus partículas por enlaces covalentes. D. Fuerzas dipolo-dipolo: Las fuerzas dipolo-dipolo son atracciones entre dipolos eléctricos de moléculas polares. E. Fuerza dipolo-dipolo inducido : Estas fuerzas se dan entre una molécula polar y otra molécula no polar. La molécula polar induce un dipolo en la no polar. F. Fuerzas de Dispersión o de London: Son atracciones que se dan entre cualquier tipo de moléculas debido a los dipolos instantáneos que se forman producidos por las fluctuaciones en la densidad eléctrica que rodea a los átomos. Las fuerzas de London dependen de la forma de la molécula. Para moléculas de formas semejantes, crecen con la masa molecular y con la polarización ya que esos factores facilitan la fluctuación de los electrones.

7 G. Fuerzas Ión-dipolo: En estas fuerzas un catión atrae la carga parcial negativa de un dipolo eléctrico o un anión atrae la carga parcial positiva del dipolo. Esta fuerza es la responsable de la hidratación de los iones del agua. La hidratación del catión persiste muchas veces en el sólido por ejemplo el Na 2 CO 3.10H 2 O. Un catión se hidrata mas fuertemente cuanto menor sea su tamaño y mayor su carga. H. Fuerza de Enlace de Hidrógeno: Es una interacción primordialmente de tipo dipolo-dipolo especialmente fuerte, que se da entre un átomo de hidrógeno con carga parcial positiva y un átomo electronegativo (normalmente N, O, ó F) La presencia del enlace de hidrógeno en el H2O, NH3 y HF, justifica las anormalidades encontradas en sus puntos de fusión, es también responsable de la alta capacidad calorífica molar del agua líquida, así como de sus elevados calores de vaporización y de fusión.

8 CLASIFICACION DE LOS SÓLIDOS POR EL TIPO DE ENLACE 1.Sólidos Iónicos: En estos sólidos,la red cristalina se forma por iones que se mantienen unidos por marcadas fuerzas electrostáticas. Estos iones tienen que ser positivos o negativos. El enlace iónico determina muchas de las propiedades de los sólidos iónicos. Presentan : - Altos puntos de fusión y de ebullición. - Son duros y frágiles. - En su estado de fusión son buenos conductores de la electricidad. - Si contienen cationes y aniones muy cargados son insolubles en agua. Ejemplos : CsCl (empaque tipo cúbico centrado en el cuerpo ). NaCl (empaque tipo cúbico centrado en las caras).

9 3. Sólidos Covalentes : Se dividen en atómicos y moleculares. * Atómicos : Se unen entre sí a través de enlaces normalmente covalentes. El enlace covalente es muy fuerte, poseen estructuras muy compactas. Tienen : - Puntos de fusión y de ebullición son muy altos. - Son malos conductores. - Son frágiles y duros. - Son insolubles en todos los disolventes (Diamante, Grafito, Cuarzo, etc.). Existe una red definida de átomos unidos entre sí mediante enlaces covalentes y es prácticamente imposible señalar una molécula individual de la estructura.

10 * Moleculares: Las fuerzas más pequeñas entre las partículas se encuentran en este tipo de sólidos. Están compuestas de moléculas que son relativamente inertes entre sí. El acomodo de las moléculas en este tipo de cristales esta determinado por sus formas, carácter dipolar y polarizabilidad. Como estas fuerzas son pequeñas, estas sustancias tienen : - Puntos de fusión y de ebullición bajos. - Son suaves y frágiles. - Su conductividad es muy pequeña, debido a que las moléculas mismas están enlazadas por covalencia y la movilidad de electrones entre moléculas es extremadamente pequeña. Ejemplos : alcanfor, naftaleno, yodo, etc. La más importante de éstas fuerzas es la atracción dipolo – dipolo. El empaque de las moléculas de un sólido es menos compacto que en el estado líquido; por lo tanto, en el estado sólido existen mas espacios vacíos entre las moléculas. Por esta razón, el volumen del hielo es mayor que el volumen del mismo peso de agua líquida. La naturaleza de las propiedades de una sustancia depende de la naturaleza de las partículas unitarias de que está compuesta.

11 Sólidos metálicos : Sus átomos tienen electrones de valencia fácilmente desligables (potencial de ionización bajo) y esto hace que todos los átomos metálicos formen iones positivos. Entonces, las partículas de un sólido metálico son iones positivos atraídos por los electrones situados entre ellos. Un átomo metálico puede considerarse como un núcleo cuya carga positiva está bien apantallada por los electrones internos, y cuyos escasos electrones de los niveles de valencia, forman una nube móvil que rodea al conjunto.

12 SISTEMA CRISTALINO Un sólido cristalino se construye a partir de la repetición en el espacio de una estructura elemental paralelepipédica denominada celda unitaria. En función de los parámetros de red, es decir, de las longitudes de los lados o ejes del paralelepípedo elemental y de los ángulos que forman. Tenemos siete sistemas cristalinos: - Sistema tetragonal - Sistema hexagonal - Sistema cúbico - Sistema trigonal - Sistema ortorómbico - Sistema monoclínico - Sistema triclínico

13 Sistema CristalinoEjesAngulos entre ejes Cúbicoa = b = cα = β = γ = 90° Tetragonala = b cα = β = γ = 90° Ortorrómbicoa b c aα = β = γ = 90° Hexagonala = b cα = β = 90°; γ = 120° Trigonal (o Romboédrica)a = b = cα = β = γ 90° Monoclínicoa b c aα = γ = 90°; β 90° Triclínicoa b c aα β γ α, β, γ 90°

14 Estado cristalinoEjemplos Sistema cúbico Halita: NaCl, Pirita: FeS 2, Galena: PbS. Sistema tetragonal Circón : ZrSiO 2, Casiterita: SnO 2 Sistema hexagonal Apatito Ca 5 [(F, OH, Cl)/(PO 4 ) 3 ] Grafito C. Sistema trigonal Calcita: CaCO 3 Dolomita: CaMg (CO 3 ) 2 Sistema ortorómbico Olivino (MgFe) 2 (SiO 4 ) Sistema monoclínico Mica Sistema triclínico Albita: NaAlSi Distena: Al 2 SiO 5

15 Capacidad Calorífica de los Sólidos: Las capacidades caloríficas atómicas de los elementos se llaman también calores atómicos, las capacidades caloríficas moleculares de los compuestos se llaman también calores moleculares. Las llamadas caloríficas a altas temperaturas se representan por ecuaciones de algunos de los tipos siguientes que fueron dadas por Kellongg: Cp= a + bT Cp= a + bT + cT2 Cp= a + bT + cT-2

16 Se denomina al cambio de estado, de sólido a líquido, y va acompañado de un moderado cambio de volumen. Por ejemplo, el hielo y el agua saturada con el aire estan en equilibrio bajo una presión total atmosférica de 1.00 atm, en la cual la presión parcial del vapor de agua sólida es solo de 4.58 torr, a la temperatura de 0.00ºC que es uno de los dos puntos fijos de la escala centígrada de temperatura. Fenómeno de Fusión : Para una fase sólida en equilibrio con su líquido ( Ecuación de Clayperón ) Donde : Vl : volumen de líquido Vs : volumen de sólido Λf : calor latente de fusión

17 Los sólidos tienen tensiones de vapor características, que varían con la temperatura como sucedía con los líquidos. Aumentando la temperatura, aumenta también la tensión de vapor del sólido. En el caso del equilibrio de un sólido con su vapor saturado, que varía su presión con la temperatura, la curva se llama una curva de sublimación. El termino sublimación se usa para indicar la conversión directa sólido vapor, sin la intervención del líquido. La purificación del yodo, azufre, naftaleno y ácido benzoico resultan muy fácil por sublimación, debido al hecho que las tensiones de vapor de estos sólidos tienen valores bastante altos. Fenómeno de Sublimación: Para la variación de la tensión de vapor con la temperatura( Ecuación de Clayperón ) Donde : Vv : volumen del vapor Vs : volumen del sólido

18 PUNTO TRIPLE El punto triple es aquel en el cual coexisten en equilibrio el estado sólido, el estado líquido y el estado gaseoso de una sustancia. Se define con una temperatura y una presión de vapor. Por ejemplo : El punto triple del agua, por ejemplo, está a 273,16 K (0,01°C) y a una presión de 611,73 Pa. Esta temperatura, debido a que es un valor constante, sirve para calibrar las escalas Kelvin y Celsius de los termómetros de mayor precisión.

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