Resumen general  de Enlaces Químicos y Estado Sólido Cristalino

COMPARACION ENTRE LAS PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS IONICOS Y LOS COMPUESTOS COVALENTES

Compuestos Iónicos -Tienen altos puntos de fusión y de ebullición debido a la fuerte atracción entre los iones. Por ello pueden usarse como material refractario. -Son sólidos a temperatura ambiente. Son tan fuertes las fuerzas de atracción que los iones siguen ocupando sus posiciones en la red, incluso a centenares de grados de temperatura. -Dureza muy baja.-En general, son malos conductores de la electricidad. Aunque la conductividad eléctrica se ve favorecida si aumenta la polaridad de las moléculas.-La solubilidad es variable, siendo solubles en disolventes de polaridad similar. Los compuestos polares se disuelven en disolventes polares, los apolares en los disolventes apolares.
Compuestos Covalentes-Puntos de fusión y ebullición bajos, pero mayores que los de los apolares.-Se encuentran principalmente en estado gaseoso o líquido aunque también pueden ser sólidas.-Son duros y quebradizos. La dureza, entendida como oposición a ser rayado, es considerable en los compuestos iónicos; al suponer el rayado la ruptura de enlaces por un procedimiento mecánico, este resulta difícil debido a la estabilidad de la estructura cristalina.-En estado sólido no conducen la corriente eléctrica, pero sí lo hacen cuando se hallan disueltos o fundidos. Al introducir dos electrodos, uno positivo y otro negativo, en una disolución iónica, se crea un flujo de electrones al ser repelidos por el ánodo y atraídos por el cátodo (y viceversa para los cationes). Este fenómeno se denomina conductividad iónica.-Son muy solubles en agua. Son buenas conductoras de la electricidad             (se denominan electrolitos).

FUERZA DEL ENLACE COVALENTE

Entalpía de enlace = es el cambio en entalpía para la ruptura de un enlace dado un mol de sustancia gaseosa. A mayor entalpía de enlace más fuerte será el enlace.

Longitud de enlace = la distancia entre los núcleos de los átomos que participan en un enlace. Al aumentar el número de enlaces entre los átomos más corto es el enlace y más fuerte.

La estabilidad de una molécula tiene que ver con la fuerza de los enlaces covalentes que contiene.

La fuerza de un enlace covalente está determinada por la energía necesaria para romper esa unión.

La energía de disociación del enlace, D, se define como la diferencia de energía entre el mínimo de la curva de energía potencial de la molécula diatónica y la energía de los átomos separados. Cuanto mayor es la energía de disociación del enlace mayor es la fuerza de unión  entre los  átomos que  forman dicho enlace.  Esto es un  aspecto Importante a considerar cuando se estudien las  reacciones  que una  molécula  puede  sufrir, pues una molécula cuyos  átomos estén fuertemente unidos necesitará una energía de  activación  alta para poder reaccionar. Cuando se  hace uso de las  fuerzas de  enlace en ciclos  termodinámicos, es más conveniente  emplear la entalpía de  disociación  del  enlace,  ∆Hd, que es la  variación de entalpía para la reacción de disociación :

A-B(g)                   A (g) + B (g)

La entalpía de disociación del enlace difiere de la energía del enlace en RT.

ENLACE METALICO Y ELEMENTOS SEMICONDUCTORES

Es un enlace químico que mantiene unidos los átomos (unión entre núcleos atómicos y los electrones de valencia que se agrupan alrededor de estos como una nube) de los metales entre sí. Estos átomos se agrupan de forma muy cercana unos a otros, lo que produce estructuras muy compactas. Se trata de redes tridimensionales que adquieren la estructura típica de empaquetamiento compacto de esferas. En este tipo de estructura cada átomo metálico está rodeado por otros doce átomos (seis en el mismo plano, tres por encima y tres por debajo). Además, debido a la baja electronegatividad que poseen los metales, los electrones de valencia son extraídos de sus orbitales y tienen la capacidad de moverse libremente a través del compuesto metálico, lo que otorga a éste las propiedades eléctricas y térmicas. Este enlace sólo puede presentarse en sustancias en estado sólido.

Un metal típico es buen conductor de calor y de electricidad, es maleable, dúctil, de apariencia lustrosa, generalmente sólido, con alto punto de fusión y baja volatilidad.

Las propiedades físicas de los metales, principalmente la conducción de electricidad, pueden ser explicadas por el enlace metálico. El enlace metálico es un enlace covalente que tiene características propias.

Semiconductores

Semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o como aislante dependiendo de diversos factores, como por ejemplo el campo eléctrico o magnético, la presión, la radiación que le incide, o la temperatura del ambiente en el que se encuentre. El elemento semiconductor más usado es el silicio, el segundo el germanio, posteriormente se ha comenzado a emplear también el azufre. La característica común a todos ellos es que son tetravalentes.

La capacidad de un semiconductor para producir electricidad también se puede incrementar mediante la adición de pequeñas cantidades de ciertas impurezas al elemento (proceso denominado dopado).

Los semiconductores que contienen impurezas aceptoras se llaman semiconductores tipo-p, en donde la p viene de positivo. Las impurezas deficientes en electrones se llaman el soporte cursivo.

En ambos tipos semiconductores se reduce eficazmente la brecha energética entre las bandas de Valencia y de conducción, de modo que sólo se requiere una pequeña cantidad de energía para excitar los electrones. Comúnmente, la conductividad de un semiconductor se incrementa en un factor de 100,000 por la presencia de átomos de impurezas.

TEORIA DE BANDAS

La teoría de bandas está basada en la mecánica cuántica y procede de la teoría de los orbitales moleculares (TOM). En esta teoría, se considera el enlace metálico como un caso extremo del enlace covalente, en el que los electrones de valencia son compartidos de forma conjunta y simultánea por todos los cationes. Desaparecen los orbitales atómicos y se forman orbitales moleculares con energías muy parecidas, tan próximas entre ellas que todos en conjunto ocupan lo que se franja de denomina una “banda de energía”.

Aunque los electrones van llenando los orbitales moleculares en orden creciente de energía, estas son tan próximas que pueden ocupar cualquier posición dentro de la banda.

La banda ocupada por los orbitales moleculares con los electrones de valencia se llama banda de valencia, mientras que la banda formada por los orbitales moleculares vacíos se llama banda de conducción. A veces, ambas bandas se solapan energéticamente hablando.

En los metales, sustancias conductoras, la banda de valencia se solapa energéticamente con la banda de conducción que está vacía, disponiendo de orbitales moleculares vacíos que pueden ocupar con un mínimo aporte de energía, es decir, que los electrones están casi libres pudiendo conducir la corriente eléctrica.

En los semiconductores y en los aislantes, la banda de valencia no se solapa con la de conducción. Hay una zona intermedia llamada banda prohibida.

En los semiconductores, como el Silicio o el Germanio, la anchura de la banda prohibida no es muy grande y los electrones con suficiente energía cinética pueden pasar a la banda de conducción, por esa razón, los semiconductores conducen la electricidad mejor en caliente. Sin embargo, en los aislantes, la banda prohibida es tan ancha que ningún electrón puede saltarla. La banda de conducción está siempre vacía.

ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES

Todos los materiales están integrados por átomos los que se organizan de diferentes maneras, dependiendo del material que se trate y el estado en el que se encuentra.

Celda unitaria: Es la unidad estructural que se repite en un sólido, cada sólido cristalino se representa con cada uno de los siete tipos de celdas unitarias  que  existen  y  cualquiera  que  se  repita  en  el  espacio tridimensional forman una estructura divida en pequeños cuadros. A un modelo simétrico, que es tridimensional de varios puntos que define un cristal se conoce como una red cristalina.

Las estructuras cristalinas no son perfectas. En los metales se encuentran impurezas que influyen sobre el proceso de cristalización y que deforman la red espacial del cristal.

El modelo de empaquetamiento compacto de esferas trabaja con capas compactas de esferas dispuestas unas sobre otras. Este modelo es muy útil y eficaz para sistematizar y clasificar las estructuras más corrientes y usuales de los sólidos iónicos en ambos tipos de empaquetamiento cada esfera posee un número de coordinación igual a 12. En ambos tipos de empaquetamiento existe dos tipos de huecos, octaédrico (espacio vacío que queda entre seis átomos) y tetraédrico (espacio vacío que queda entre cuatro átomos). Por cada N átomos de una estructura de empaquetamiento compacto existen N huecos octaédricos y 2N tetraédricos.

Diferencias estructurales y de comportamiento de los sólidos cristalinos y materiales vítreos cuando las moléculas que componen un sólido están acomodadas regularmente, decimos que forman un cristal. Y al sólido correspondiente le llamamos sólido cristalino o fase cristalina Existen muchos ejemplos de sólidos cristalinos como por ej., la sal de mesa (cloruro de sodio, Na Cl) y el azúcar (sacarosa, C 12 H 22 O 11).Los 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.

El vidrio es una sustancia amorfa porque no es ni un sólido ni un líquido, sino que se halla en un estado vítreo en el que las unidades Moleculares, aunque están dispuestas de forma desordenada, tienen suficiente cohesión para presentar rigidez mecánica.

ESTADO SÓLIDO (CRISTALINO)

En el estado sólido, las moléculas, átomos o iones que componen la sustancia están unidos entre sí por fuerzas intensas, formando un todo compacto. Esto es una característica de los sólidos y permite que entren las fuerzas de enlace dando lugar a una red cristalina. En ella las partículas tienen movimientos, se limitan a vibraciones en los vértices de la red en donde se encuentran. Por esta razón las sustancias sólidas poseen forma y volumen propios.

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. La mayor parte de los sólidos presentes en la naturaleza son cristalinos aun cuando en ocasiones esa estructura ordenada no se refleje en una forma geométrica regular apreciable a simple vista. Ello es debido a que con frecuencia están formados por un conjunto de pequeños cristales orientados de diferentes maneras, en una estructura policristalina.

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 siguen siendo suficientemente grandes para que el líquido pueda cambiar de forma sin cambiar apreciablemente de volumen, adaptándose al recipiente que lo contiene.

Características de los sólidos cristalinos:

-Presenta una estructura integrada por unidades regulares que se repiten ♥para construir una unión.

-Es fácil reconocer estos sólidos como cristalinos porque las partículas -macroscópicas que los forman (los cristales) tienen formas regulares.

-Temperatura de fusión fija.

-Son susceptibles en corte y pulido.

CONCEPTO Y CARACTERIZACION  DE SISTEMAS  CRISTALINOS.     

El concepto de cristal

Un cristal es un sólido homogéneo que presenta una estructura interna ordenada de sus constituyentes químicos, sean átomos, iones o moléculas.

La estructura cristalina, no es exclusiva de los minerales. Hay muchas sustancias cristalinas de origen orgánico, como el azúcar o las concreciones calcáreas de las conchas de moluscos, o de origen artificiales, como el acetato de plomo.

Existen 32 clases de cristales según sus características de simetría, que se organizan en 14 tipos de redes tridimensionales, las 14 redes de Bravais.

El número de combinaciones posibles de los elementos de simetría es finito.

La posesión de elementos de simetría en común permite agrupar las 32 clases cristalinas en 7 grupos, los sistemas cristalinos. Estos sistemas quedan definidos por las constantes cristalográfica, es decir, el tamaño característico de las aristas, y el ángulo que forman entre si en la s celdas fundamentales de cada tipo de cristal.

Los sistemas cristalinos son: cúbico o isométrico, triclínico, monoclínico, rómbico, tetragonal, hexagonal y trigonal o romboédrica.

Cada celda unidad queda determinada por la longitud de sus aristas a, b, y c que se cortan en un punto, y por el valor de sus ángulos ð, ð, γð que forma dichas aristas. Estos valores reciben el nombre de constantes cristalográficas y varían de unas celdas a otras.

En la naturaleza existen siete tipos de células fundamentales, que se llaman: triclínico, monoclínico, cúbico, rómbico, hexagonal, romboédrico, tetragonal.

En ocasiones la estructura interna de los edificios cristalinos, presenta imperfecciones debidas a impurezas dentro de la red cristalina o a la sustitución de unas partículas elementales por otras. Por ello se forman cristales defectuosos. Estos defectos, originas determinados colores, contribuyen a la formación de piedras preciosas, permiten la flexibilidad de algunos metales o aumentan su resistencia y dureza. El ser humano aprueba estas imperfecciones en importantes aplicaciones, como en el funcionamiento de transistores y del láser.