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Generalidades sobre Sólidos Prof. Sergio Casas-Cordero E.

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1 Generalidades sobre Sólidos Prof. Sergio Casas-Cordero E.

2 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) P f = 3500 ºC Cuarzo (Silicatos: SiO 2, SiO 3 2-, Si 4 O 10 4-,..)

3 Características de los sólidos iónicos Se mantienen unidos por fuerzas electrostáticas intensas entre iones contiguos con cargas opuestas. (NaCl, MgO, Na 2 CO 3,...) 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

4 Características de los sólidos metálicos -Las unidades estructurales son los electrones y cationes. 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.

5 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

6 Celdas unidad en el sistema cristalino cúbico Cúbica sencilla Cúbica centrada en el cuerpo Cúbica centrada en las caras Estructuras cristalinas

7 Empaquetamiento hexagonal compacto

8 Tipos de huecos Huecos octaédricos Huecos tetraédricos Estructuras cristalinas

9 Nº de coordinación Hexagonal compacto Cúbico compacto

10 Estructuras cristalinas Cloruro de Cesio - C.U: cúbica centrada en el cuerpo - Nº de coordinación para ambos iones es 8

11 Cloruro de Sodio Estructuras cristalinas - C.U: cúbica centrada en las caras para los aniones - Nº de coordinación para ambos iones es 6 - Los cationes ocupan todos los huecos octaédricos

12 ZnS (blenda de zinc) Estructuras cristalinas - C.U: cúbica centrada en las caras para los aniones - Nº de coordinación para ambos iones es 4 - Los cationes ocupan la mitad de los huecos tetraédricos

13 CaF 2 (fluorita) Estructuras cristalinas - C.U: cúbica centrada en las caras para los cationes - Nº de coordinación para el catión y el anión son 8:4 - Los aniones ocupan todos los huecos tetraédricos

14 TiO 2 (rutilo) Estructuras cristalinas - C.U: hexagonal compacto para aniones - Nº de coordinación para el catión y el anión son 6:3 - Los cationes ocupan la mitad de los huecos octaédricos

15 La energía del enlace iónico Cuando un mol de iones positivos y un mol de iones negativos se aproximan desde el infinito hasta las posiciones de equilibrio que ocupan en el cristal, se produce un H llamado entalpía reticular ( H U ).M + (g) + X - (g) MX(s) Entalpía reticular La entalpía reticular (Energía reticular) es siempre negativa, se trata de un proceso exotérmico. Se puede calcular mediante el ciclo de Born - Haber.

16 La energía del enlace iónico El ciclo de Born - Haber M(s) + 1/2 X 2 MX(s)(g) H f (MX) H s (M) H dis (X 2 ) M(g) X (g) (M) A e (X) M + (g) + X - (g) H U (MX (g))

17 Hf + ½ Hdis + Hu + EA + EI + Hs = 0 Es un ciclo termodinámico consecuencia de la ley de Hess A mayor Hu: menor distancia interionica (Di = Rc + Ra) mayor intensidad del enlace químico menor solubilidad en agua del cristal

18 COMPUESTO Hu Hu COMPUESTO Hu Hu COMPUESTO Hu HuLiF1030KF808 MgCl 2 2326 LiCl834KCl701 SrCl 2 2127 LiI730KBr671 NaF922CsF734MgO3795 NaCl788CsCl660CaO3414 NaBr752CsBr636 NaI704CsI600

19 Li 1+ Na 1+ K 1+ Rb 1+ Cs 1+ F 1- 201231266282300 Cl 1- 257281314327356 Br 1- 275298329343371 I 1- 300323353366395 Distancia Interionica (DI) en picometro (pm)

20 inicio final La energía del enlace iónico Ciclo de Born - Haber para el NaCl Sublimación Disociación Ionización Afinidad electrónica Energía reticular


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