viernes, 2 de octubre de 2009
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jueves, 1 de octubre de 2009

CRISTALOQUÍMICA: REDES MIXTAS Y MOLECULARES


Redes mixtas


En muchos casos una misma sustancia presenta una combinación de varios tipos de redes cristalinas, a menudo orientadas en planos o siguiendo un eje de simetría. En tales casos, la distribución de las redes y el predominio de una u otra determinará muchas propiedades de la sustancia, como la dureza o la conductividad eléctrica.

Un ejemplo típico de red mixta es el grafito, formado por átomos de carbono con enlace covalente muy fuerte distribuido en capas paralelas. Las conexiones entre las capas, sin embargo, son muy débiles, lo que permite separar láminas muy finas de este mineral con mucha facilidad.




Redes moleculares

En este caso, la red está formada por moléculas con carga neutra. La cohesión, muy débil, se basa en cargas eléctricas residuales de baja intensidad. Es característica de los compuestos orgánicos, aunque también existe en sustancias como el azufre.

CRISALOQUÍMICA: REDES METÁLICOS

Los cuerpos metálicos presentan un tipo de enlace de gran cohesión debido a que varios átomos comparten una nube de electrones que circulan de una órbita a otra sin pertenecer a un núcleo concreto. Esta propiedad, característica de elementos poco electronegativos, proporciona a los metales sus propiedades de dureza, tenacidad y gran conductividad electrotérmica.
Los nudos de la red cristalina están ocupados por nucleos atómicos rodeados por una nube de electrones, con gran movilidad, que no permanecen a nigún átomo en concreto, pero que son comunes a todos ellos. Son propios de elementos poco electronegativos, que liberan con facilidad los electrones de sus orbitales mas externos. Se suelen dar en metales, aleacioniones naturales y algunos sulfuros y arseniuros. La gran movilidad de los electrones les confiere una gran conductividad eléctrica y térmica

CRISTALOQUIMICA: REDES MIXTAS, METALICAS Y MOLECULARES

Redes mixtas

En muchos casos una misma sustancia presenta una combinación de varios tipos de redes cristalinas, a menudo orientadas en planos o siguiendo un eje de simetría. En tales casos, la distribución de las redes y el predominio de una u otra determinará muchas propiedades de la sustancia, como la dureza o la conductividad eléctrica.

Un ejemplo típico de red mixta es el grafito, formado por átomos de carbono con enlace covalente muy fuerte distribuido en capas paralelas. Las conexiones entre las capas, sin embargo, son muy débiles, lo que permite separar láminas muy finas de este mineral con mucha facilidad.


Redes metálicas
Los cuerpos metálicos presentan un tipo de enlace de gran cohesión debido a que varios átomos comparten una nube de electrones que circulan de una órbita a otra sin pertenecer a un núcleo concreto. Esta propiedad, característica de elementos poco electronegativos, proporciona a los metales sus propiedades de dureza, tenacidad y gran conductividad electrotérmica.

Redes moleculares

En este caso, la red está formada por moléculas con carga neutra. La cohesión, muy débil, se basa en cargas eléctricas residuales de baja intensidad. Es característica de los compuestos orgánicos, aunque también existe en sustancias como el azufre.

CRISTALOQUIMICA: REDES COVALENTES


En el enlace convalente dos o más átomos se mantienen cohesionados debido a que comparten un número par de electrones (de dos en adelante). Es un tipo de edificio químico muy corriente entre elementos electronegativos.

Por sus peculiares características, se trata del enlace químico más fuerte que se conoce, aunque la consistencia de la red depende en gran medida de la orientación de los enlaces. El enlace covalente es propio de algunos compuestos muy comunes, como el agua, el amoniaco, la molécula de oxígeno o el metano, y también se encuentra en la mayor parte de los minerales duros, como el diamante.
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CRISTALOQUIMICA: REDES IONICAS


Este tipo de enlace se basa en el intercambio de electrones libres entre átomos con carga eléctrica (iones). Los iones pueden ser negativos (aniones) o positivos (cationes). El resultado es una conexión química muy fuerte debido a la atracción eléctrica mutua entre las cargas opuestas del anión y el catión.

En un enlace de este tipo el catión ocupa la posición central de la red y a su alrededor se dispone una cierta cantidad (número de coordinación) de aniones. La cantidad de aniones depende del tamaño relativo de éstos y del catión central, lo que se llama radio iónico. En términos generales, un catión grande suele disponer de una mayor cantidad de aniones a su alrededor.

Este tipo de enlace es característico de una serie de minerales muy comunes:

Sulfatos y sulfuros.
Carbonatos.
Halogenuros.
Ciertos óxidos.

CRISTALOQUIMICA


La cristaloquímica es una rama de la cristalografía que estudia la composición de la materia cristalina y su relación con la fórmula cristalográfica. Incluye el estudio de los enlaces químicos, la morfología y la formación de estructuras cristalinas, de acuerdo con las características de los átomos, iones o moléculas, así como su tipo de enlace.

CRISTALOGRAFIA: REDES CRISTALINAS

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Los componentes elementales de un cuerpo sólido pueden ser de cuatro tipos:

Átomos: partículas elementales de materia con carga eléctrica neutra.
Iones: átomos con carga eléctrica negativa (aniones) o positiva (cationes) debido a la transferencia o recepción, respectivamente, de uno o más electrones.
Grupos iónicos: agrupación de varios iones del mismo o diferentes elementos químicos.
Moléculas: agrupación de varios átomos del mismo o de diferentes elementos.
La ordenación geométrica de estos componentes en las tres direcciones del espacio da lugar a la formación de una red cristalina, una trama geométrica basada en la repetición de un cuerpo tridimensional determinado.

Existen catorce tipos de redes cristalinas, también llamadas redes de Bravais, que a su vez se agrupan en siete sistemas cristalinos:

Triclínico.
Monoclínico: simple y de bases centradas. Presenta un eje binario.
Rómbico: simple, centrado, de bases centradas, y de caras y bases centradas. Posee tres ejes binarios.
Romboédrico: posee un eje ternario.
Hexagonal: presenta un eje cuaternario.
Tetragonal: simple y centrado. Tiene un eje cuaternario.
Cúbico: simple, centrado y de caras centradas. Presenta cuatro ejes ternarios.

Las redes de Bravais
A partir de los siete sistemas cristalinos se han podido describir catorce redes cristalinas, que son llamadas también redes de Bravais, en honor al mineralogista francés del siglo XIX Auguste Bravais, que fue el primero en proponer la hipótesis de la estructura reticular de los minerales.

CRISTALOGRAFIA: SIMETRIA


Los cuerpos cristalinos forman redes que se ordenan en torno a una serie de elementos de simetría, cuya cantidad y distribución determina los diferentes sistemas de cristalización:

Ejes de simetría: son líneas imaginarias que cruzan el interior de la estructura cristalina. Al girar 360º hacen que el motivo geométrico del cristal se repita un número determinado de veces. Los ejes de simetría pueden ser binarios, ternarios, cuaternarios y senarios, según el número de repeticiones que generen.
Planos de simetría: son superficies planas que dividen el cristal en dos mitades exactamente iguales.
Centros de simetría: son puntos imaginarios situados en el interior del cristal. Por ellos pasan los principales ejes y planos de simetría.

CRISTALOGRAFIA


Las partículas de los cuerpos sólidos, salvo excepciones, se ordenan en el espacio de acuerdo a determinados tipos de redes geométricas, también llamadas cristalinas. Esta ordenación, que da a los sólidos su consistencia y la mayor parte de sus propiedades, constituye el campo de estudio de la cristalografía.
Generalidades
Los sólidos cristalinos tienden a adoptar estructuras internas geométricas basadas en líneas rectas y planos paralelos. Ahora bien, el aspecto externo de un cristal no es siempre completamente regular, pues depende de una serie de condiciones:

Composición química: el sólido puede ser una sustancia simple o un compuesto, y puede contener impurezas que alteren la estructura cristalina y otras propiedades, como la consistencia o el color.
Temperatura y presión: ambas variables influyen en la formación de los cristales y su crecimiento. Por lo general, los cristales se forman en condiciones de alta presión y elevadas temperaturas.
Espacio y tiempo: el crecimiento de un cristal puede verse limitado por ambos, especialmente por el primero, ya que a menudo la falta de espacio es responsable del aspecto imperfecto que ofrecen algunos cristales en su apariencia externa.

DATOS DE MINERALES



Aprovechamiento de los minerales.

Los minerales tienen innumerables utilidades. Algunos, como las gemas, son de gran belleza y, además de su valor económico, se emplean en la fabricación de herramientas de corte y pulimento, o en instrumentos de precisión. Muchos minerales forman parte de compuestos químicos utilizados en los más diversos campos, mientras que otros sirven como materiales de construcción. Los metales, por su parte, sirven para fabricar todo tipo de herramientas, estructuras de edificios o conductores eléctricos, entre otros usos.

Los minerales más abundantes.

Aunque existen numerosas variedades minerales, el 95% de los existentes en la corteza terrestre son silicatos, es decir, compuestos que incluyen silicio (Si) en su fórmula química. Esta distribución varía según se profundiza hacia el centro de la Tierra, en cuyo núcleo se encuentra una mezcla casi pura de dos metales pesados: níquel (Ni) y hierro (Fe).

Los mineraloides.

Algunos autores denominan mineraloides a aquellos materiales que, con apariencia mineral, no comparten algunas de las propiedades características de los verdaderos minerales. Así, se considera que los sólidos amorfos, como la calcedonia, los fluidos pastosos, como el petróleo, y los gases naturales, son en realidad mineraloides, es decir, sustancias «parecidas a los minerales».




CLASIFICACIÓN DE MINERALES

La forma más útil de clasificar los minerales es hacerlo de acuerdo a su composición química. Así, se distinguen los siguientes grandes grupos de minerales en nuestro planeta:

Elementos químicos simples:
Metales: plata, cobre, níquel.
No metales: azufre, diamante (carbono).
Elementos químicos compuestos:
Boratos: oxisales ternarias de boro (B). Bórax.
Carbonatos: oxisales ternarias de carbono (C). Calcita, dolomita.
Cromatos: oxisales cuaternarias de cromo (Cr). Crocoíta.
Fosfatos: fósforo (P) combinado con oxígeno. Apatito.
Halogenuros: metales combinados con un halógeno y, en ocasiones, con agua. Halita, fluorita.
Óxidos e hidróxidos: metales combinados con oxígeno (O) o un grupo hidróxilo (OH-). Magnetita, oligisto.
Silicatos: compuestos de silicio (Si). Son los más abundantes en la litosfera. Feldespato, ortosa.
Sulfatos: oxisales cuaternarias de azufre (S).Yeso, baritina.
Sulfuros: metales combinados con azufre, sin oxígeno. Existen otros compuestos afines en los que el azufre es sustituido por Arsénico (As), Antimonio (Sb), Bismuto (Bi), Selenio (Se) o Telurio (Te).
Vanadatos:Vanadio (V) combinado con oxígeno.Vanadinita.
Wolframatos: oxisales cuaternarias de Wolframio (W). Wolframita.

FORMACION DE UN MINERAL


En la mayor parte de los casos los minerales tienen su origen en dos procesos básicos:

Cristalización de fluidos, que a su vez presenta tres variedades:
Solidificación del magma volcánico (feldespato, olivino).
Evaporación de una solución acuosa (yeso, halita).
Sublimación de gases (azufre).
Transformaciones de un sólido, basadas en cambios de presión y temperatura.

LOS MINERALES


Se considera que una sustancia natural es un mineral si presenta las siguientes características:

-Estado sólido.
-Estructura atómica ordenada de acuerdo a una red cristalina.
-Composición química homogénea, o con pocas variaciones bien delimitadas.
-Carencia de actividad vital, es decir, que el cuerpo sólido no sea animal o vegetal.

Sin embargo, esta definición no es plenamente aceptada por la comunidad científica, ya que deja fuera de la consideración como mineral numerosos compuestos naturales que muchos autores consideran verdaderos minerales:

-Sustancias fluidas, como el petróleo, el metano y otros combustibles.
-Sólidos amorfos, sin estructura cristalina, como el ópalo.
-Minerales producidos por organismos vivos, como la calcita.

APLICACIONES DE LOS SOLIDOS AMORFOS

domingo, 27 de septiembre de 2009
Debido a sus propiedades mecánicas, hay un gran número de sólidos amorfos que se emplean como materiales para la industria y la construcción.

Los óxidos amorfos, gracias a su transparencia, solidez y facilidad para darle forma en láminas grandes, se emplean profusamente como vidrio de ventana. Ciertos polímeros orgánicos, en virtud de su resistencia y peso ligero y fácil procesamiento, se emplean como materiales estructurales (plásticos). Existen semiconductores amorfos que se emplean en las memorias de ordenador y en células solares gracias a sus propiedades ópticas fotovoltaicas y en la facilidad para crear películas delgadas de gran superficie. Los metales amorfos se emplean en núcleos de transformadores gracias a su ferromagnetismo, bajas pérdidas y la posibilidad de formar cintas largas. El calcogenuro amorfo se emplea en xerografía en virtud de su fotoconductividad y la posibilidad de formar películas de gran área.

PROPIEDADES DE LOS SOLIDOS AMORFOS

Las moléculas de los sólidos amorfos están distribuidas al azar y las propiedades físicas del sólido son idénticas en todas las direcciones (isotropía).

Las formas amorfas tienen una temperatura característica a la cual sus propiedades experimentan cambios importantes. Esta temperatura se conoce como temperatura de transición vítrea (Tg). La temperatura de transición a vidrio de un material amorfo puede reducirse añadiendo moléculas pequeñas, denominadas "plastificadores", que se adaptan entre las moléculas vítreas y les proporciona mayor movilidad.

Una consecuencia directa de la disposición irregular de las partículas en un sólido amorfo, es la diferencia de intensidad que toman las fuerzas intermoleculares entre las mismas, de ahí que la fusión se alcance a distintas temperaturas, según la proporción de las distintas partículas que forman la muestra. De ello se deduce que un sólido amorfo no tiene un punto de fusión definido, sino que dicha transformación acontece en un intervalo de temperatura. Cuando se calienta un sólido amorfo, la sustancia no manifiestan un punto de fusión, aunque se ablandan progresivamente aumentando su tendencia a deformarse. En contraste, la temperatura de fusión de un sólido cristalino es precisa y está bien definida.

En cuanto a sus propiedades elásticas, se puede afirmar que los sólidos amorfos manifiestan las propiedades de los cristales. Por ejemplo, al aplicar una carga a un material amorfo en un intervalo racionado de tiempo, la sustancia desarrollará una deformación pseudo-permanente, es decir, fluirá como si fuera un líquido de viscosidad muy alta.

Respecto al magnetismo, los metales amorfos presentan las propiedades magnéticas más notables, comportándose como materiales ferromagnéticos (aquellos en los que se produce un ordenamiento magnético de todos los momentos magnéticos en la misma dirección y sentido).

SOLIDOS AMORFOS

El sólido amorfo es un estado sólido de la materia, en el que las partículas que conforman el sólido carecen de una estructura ordenada. Estos sólidos carecen de formas y caras bien definidas. Esta clasificación contrasta con la de sólidos cristalinos, cuyos átomos están dispuestos de manera regular y ordenada formando redes cristalinas.

Muchos sólidos amorfos son mezclas de moléculas que no se pueden apilar bien. Casi todos los demás se componen de moléculas grandes y complejas. Entre los sólidos amorfos más conocidos destaca el vidrio.

Un mismo compuesto, según el proceso de solidificación, puede formar una red cristalina o un sólido amorfo. Por ejemplo, según la disposición espacial de las moléculas de sílice (SiO2), se puede obtener una estructura cristalina (el cuarzo) o un sólido amorfo (el vidrio).

CARACTERISTICAS SOLIDOS CRISTALINOS

Características

1. Los solidos cristalinos se disponen en el espacio según una estructura precisa, ordenada y periódica.

2. La mayor parte de los materiales sólidos existentes en la Tierra son cristales. Las excepciones obedecen a sólidos amorfos donde encontramos a las piedras volcánicas, el vidrio, el plástico, entre otros; y aunque son sólidos no tienen la estructura microscópica ordenada y periódica típica de los cristales.

3. Los cristales están constituidos por una unidad fundamental denominada celda elemental o unitaria, que se repite indefinidamente en las tres direcciones del espacio.
Existen siete tipos de celdas elementales:

i. Cúbica.
ii. Tetragonal.
iii. Hexagonal.
iv. Romboédrico.
v. Ortorómbico.
vi. Monoclínico.
vii. Triclínico.

¿Cómo diferenciar el tipo de celdas?

El criterio para diferenciar los distintos tipos de celdas se basa en el intervalo de magnitud de los ángulos de enlace y la distancia entre los átomos (aristas de la celda unitaria).

4. La repetición de esta celda elemental da origen a una estructura geométrica, conocida como retículo o red cristalina, que determina gran parte de las características del cristal.

5. Las características macroscópicas de los cristales son muy variadas. Hay cristales durísimos, otros son blandos y frágiles; algunos son transparentes, otros opacos; hay cristales conductores de corriente eléctrica y otros aislantes.

6. Los sólidos cristalinos funden a una temperatura precisa, mientras que el punto de fusión para sólidos amorfos puede variar en intervalo limitado de temperatura.

7. Una clasificación de los cristales, aunque no rigurosa, se puede establecer tomando como base el enlace químico predominante en su estructura. Así encontramos enlaces de hidrógeno, iónicos, covalente, metálicos y fuerzas de Van der Waals.

8. Los que poseen enlaces metálicos son muy importantes. Las características del brillo, la ductibilidad, la resistencia mecánica, la conducción del calor y la corriente eléctrica son debidas a su estructura microscópica y al enlace de tipo metálico, el que sólo se da al interior de este tipo de materiales.

SÓLIDOS CRISTALINOS

Un sólido cristalino es aquél que tiene una estructura periódica y ordenada, como consecuencia tienen una forma que no cambia, salvo por la acción de fuerzas externas. Cuando se aumenta la temperatura, los sólidos se funden y cambian al estado líquido. Las moléculas ya no permanecen en posiciones fijas, aunque las interacciones entre ellas sigue siendo suficientemente grande para que el líquido pueda cambiar de forma sin cambiar apreciablemente de volumen, adaptándose al recipiente que lo contiene.

Existen muchos ejemplos de sólidos cristalinos como por ej., la sal de mesa (cloruro de sodio, NaCl) y el azúcar (sacarosa, C12H22O11). Es fácil reconocer estos sólidos como cristalinos porque las partículas macroscópicas que los forman (los cristales) tienen formas regulares: si examinamos cristales de cloruro de sodio bajo una lente de aumento, veremos que los cristales tienen forma de pequeños cubos. Una característica notable de los sólidos cristalinos es que su fractura es regular, esto es, al partirlos siguen líneas y planos muy regulares. Así, si molemos los cristales de sal y los examinamos bajo un mayor aumento, veremos que siguen conservando formas muy regulares cúbicas. Al mencionar la palabra cristal, quizá el lector pensó en los vidrios de las ventanas. Ciertamente podemos considerarlos sólidos: mantienen su forma y su volumen, pero si quebramos un vidrio de una ventana (digamos, jugando fútbol) veremos que los cortes no son regulares. Hay muchos bordes filosos y su fractura es muy caprichosa. Esto es debido a que el vidrio no es un sólido cristalino, sino un sólido amorfo. Esto significa que, si pudiéramos verlo a escala molecular, veríamos que sus moléculas están relativamente fijas en sus posiciones, pero el arreglo no es regular. Algo así como si mezcláramos muchas partículas de la misma forma con una melaza muy viscosa. Las partículas tendrían poca libertad de movimiento, debido a la viscosidad del medio, pero no estarían dispuestas regularmente. Este comportamiento del vidrio es muy característico, y cuando un sólido presenta un comportamiento similar decimos que presenta comportamiento vítreo. Hay que aclarar que no todos los sólidos amorfos son vítreos. También conviene acostumbrarnos al significado químico de la palabra cristal. En el lenguaje coloquial utilizamos cristal como sinónimo de vidrio. En química, ambos términos tienen significados bien definidos y diferentes.

TIPOS DE SOLIDOS CRISTALINOS

- Iónicos: se caracterizan porque sus redes cristalinas están formadas por cationes y aniones unidos por fuerzas electrostáticas (ClNa). Tienen puntos de fusión elevados, son solubles en agua y conducen la electricidad cuando se encuentra en una disolución acuosa.


- Moleculares: las unidades que se repiten en la red cristalina son átomos o moléculas neutras (I2). Tienen bajos puntos de fusión, son solubles en disolventes no polares y no conducen la electricidad.


- Macromoleculares: los átomos que forman la red se unen mediante enlaces covalentes y no forman moléculas discretas (diamante). Tienen punto de fusión muy elevados, son insolubles en la mayoría de los disolventes comunes y no son conductores.


- Metálicos: formados por cationes metálicos rodeados de electrones móviles (Fe, Na). Tienen puntos de fusión elevados, son insolubles en el agua y la mayoría de los disolventes orgánicos y son buenos conductores.

PROPIEDADES DE LOS SÓLIDOS.

• Elasticidad: Un sólido recupera su forma original cuando es deformado. Un resorte es un objeto en que podemos observar esta propiedad.
• Fragilidad: Un sólido puede romperse en muchos pedazos (quebradizo).
• Dureza: Un sólido es duro cuando no puede ser rayado por otro más blando. El diamante es un sólido con dureza elevada.
• Forma definida: Tienen forma definida, son relativamente rígidos y no fluyen como lo hacen los gases y los líquidos, excepto a bajas presiones extremas.
• Volumen definido: Debido a que tienen una forma definida, su volumen también es constante.
• Alta densidad: Los sólidos tienen densidades relativamente altas debido a la cercanía de sus moléculas por eso se dice que son más “pesados”
• Flotación: Algunos sólidos cumplen con esta propiedad, solo si su densidad es menor a la del liquido en el cual se coloca.
• Inercia: es la dificultad o resistencia que opone un sistema físico o un sistema social a posibles cambios, en el caso de los sólidos pone resistencia a cambiar su estado de reposo.
• Tenacidad: En ciencia de los Materiales la tenacidad es la resistencia que opone un material a que se propaguen fisuras o grietas.
• Maleabilidad: Es la propiedad de la materia, que presentan los cuerpos a ser labrados por deformación. La maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa, teniendo en común que no existe ningún método para cuantificarlas.
• Ductilidad La ductilidad se refiere a la propiedad de los sólidos de poder obtener hilos de ellos

*El sólido más ligero conocido es un material artificial, el aerogel, que tiene una densidad de 1,9 mg/cm³, mientras que el más denso es un metal, el osmio (Os), que tiene una densidad de 22,6 g/cm³. Las moléculas de un sólido tienen una gran cohesión y adoptan formas bien definidas

LOS SOLIDOS

Un cuerpo sólido, uno de los tres estados de agregación de la materia, se caracteriza porque opone resistencia a cambios de forma y de volumen. Existen varias disciplinas que estudian los sólidos:
• La física del estado sólido estudia cómo emergen las propiedades físicas de los sólidos a partir de su estructura de la materia condensada.
• La mecánica de sólidos deformables estudia propiedades macroscópicas desde la perspectiva de la mecánica de medios continuos (tensión, deformación, magnitudes termodinámicas) e ignora la estructura atómica interna porque para cierto tipo de problemas esta no es relevante.
• La ciencia de los materiales se ocupa principalmente de propiedades de los sólidos como estructura y transformaciones de fase.
• La química del estado sólido se especializa en la síntesis de nuevos materiales.
Manteniendo constante la presión a baja temperatura los cuerpos se presentan en forma sólida y encontrándose entrelazados formando generalmente estructuras cristalinas. Esto confiere al cuerpo la capacidad de soportar fuerzas sin deformación aparente. Son, por tanto, agregados generalmente rígidos, incompresibles (que no pueden ser comprimidos), duros y resistentes. Poseen volumen constante y no se difunden, ya que no pueden desplazarse.

ESTADO SOLIDO

Los sólidos se caracterizan por tener forma y volumen constantes. Esto se debe a que las partículas que los forman están unidas por unas fuerzas de atracción grandes de modo que ocupan posiciones casi fijas.

por lo tanto, las partículas solo pueden moverse vibrando u oscilando alrededor de posiciones fijas, pero no pueden moverse trasladándose libremente a lo largo del sólido. Las partículas se disponen de forma ordenada, con una regularidad espacial geométrica que da lugar a diversas estructuras cristalinas. Al aumentar la temperatura aumenta la vibracion de las partículas