Tema 9. SOLIDOS COVALENTES Introducción Estructuras de no-metales Boro Carbono Fósforo Arsénico, Antimonio y Bismuto Selenio y Telurio Estructuras de óxidos Estructuras basadas en tetraedros Estructuras basadas en octaedros Otras estructuras http://www.chem.ox.ac.uk/icl/heyes/structure_of_solids/Lecture4/Lec4.html http://www.univ-lemans.fr:80/enseignements/chimie/01/theme0.html http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/ http://lutton.kenyon.edu/marusak/chem343/ICinfo.htm Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2005 Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2005 1 Introducción  Los sólidos covalentes están formados por átomos covalentemente unidos a sus inmediatos vecinos. ¾ Los enlaces son direccionales y determinan el ordenamiento geométrico de los átomos en la estructura cristalina. ¾ La rigidez de su estructura electrónica hace que los sólidos covalentes sean duros y poco deformables. ¾ No son buenos conductores ni del calor ni la electricidad (no hay electrones libres). ¾ Algunos son semiconductores. ¾ El color depende de la energía del gap. Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2005 Estructura de los cristales covalentes  La formación de las redes cristalinas de sólidos covalentes debe entenderse en base a lo siguiente: ¾ El poliedro de coordinación de cada átomo depende de su estructura electrónica. ¾ La disposición y conexión de todos los poliedros de la red debe ser compatible con las exigencia de valencia de todos los átomos.  Conectividad (P). “Regla 8-N” ¾ Las estructuras de los elementos no-metálicos viene gobernada por la regla: P = 8-N P 1 2 3 4 Tipo de estructura Dímeros Anillos Cadenas Capas Redes 3D Ejemplo S8 α-Se diamante I2 As Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2005 2 Estructura de no-metales 13 14 15 B C C icosaédrico diamante grafito Al Si metálico diamante Ga Ge metálico In Sn N2 P P negro capas rojo cad. As diamante Sn 16 O2 O3 P4 S S6 blanco polimer. S8 As4 Se capas (amarillo) hélice Sb Sb Te (amarillo) hélice (gris) 17 Se8 metálico (blanco) (gris) metálico diamante Tl Pb Bi Po metálico metálico capas metálico (gris) capas F2 Cl2 Br2 I2 Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2005 Boro Romboédrico: R-3m a=5.057Å, α=58.06° Z=12 D=2.46 g·cm−3 B-B(puente): 1.70-2.02 Å B-B(icosaedro): 1.73-1.79 Å Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2005 3 Diamante C Cúbico: Fd3m a (Å) 3.5668 V (Å3) 45.37 Z 8 −3 D(g·cm ) 3.514 M-M (Å) 1.544 Si Ge Sn 5.4199 159.2 8 2.344 2.347 5.6576 181.1 8 5.325 2.45 5.769 192.0 8 8.20 2.50 Cullinan Diamond 3106 carats in its uncut state. Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2005 Hexagonal: P3 a (Å) 2.456 c (Å) 6.696 32.67 V (Å3) Z 4 −3 D (g·cm ) 2.439 Carbono (grafito) C-C: 1.418 Å capa-capa: 3.35 Å Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2005 4 Fósforo (Hittorf) Monoclinico: P2/c a (Å) 9.21 b (Å) 9.15 c (Å) 22.60 Å β (°) 106.1 V (Å3) 1829.9 Z 84 D (g·cm−3) 2.36 P-P (Å) 2.17 - 2.30 Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2005 Fósforo (negro) Ortorrómbico: Cmca a (Å) 3.3133 b (Å) 10.473 c (Å) 4.374 3 V (Å ) 151.8 Z 8 −3 D (g·cm ) 2.71 P-P (Å) 2.22, 2.28 Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2005 5 Arsénico, Antimonio y Bismuto As Trigonal: R-3m a (Å) 3.7598 c (Å) 10.5475 129.1 V(Å3) Z 6 5.782 D(g·cm−3) M-M (Å) 2.52 M-M(intercapas) 3.12 Sb Bi 4.3084 11.274 181.2 6 6.691 2.91 3.35 4.456 11.862 212.3 6 9.747 3.03 3.50 Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2005 Selenio Telurio Se Trigonal: P312 a(Å) 4.3662 c(Å) 4.9536 3 V (Å ) 81 Z 3 −3 D(g·cm ) 4.83 M-M (Å) 2.37 Te 4.411 5.934 100 3 6.232 1.98-2.03 Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2005 6 Óxidos basados en Td β-cristobalita (SiO2) Cubico: Fd3m a (Å) 7.160 3 367.06 V (Å ) Z 8 D (g·cm−3 ) 2.174 Si-O (Å) 1.550 Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2005 Óxidos basados en Oh Trióxodo de renio (ReO3) Cubico: P m-3m a (Å) 3.734 52.1 V (Å3 ) Z 1 D (g·cm−3) 7.46 Re-O (Å) 1.867 Estructuras relacionadas WO3, AlF3, ScF3, FeF3, CoF3 Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2005 7 Perovskita Perovskita (BaTiO3) Tetragonal: P 4mm a (Å) 3.9998 c (Å) 4.018 V (Å3) 64.3 Z 1 D (g·cm−3) 6.02 Ti-O (Å) 1.87, 2.15, 2.00 Ba-O (Å) 2.79, 2.83, 2.88 Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2005 Superconductor: YBa2Cu3O7 http://superconductors.org/ YBa2Cu3O9 YBa2Cu3O7 Ba X3 −2O Y Cu O Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2005 8 K2NiF4 Tetrafluoroniccolato de potasio Tetragonal: P 4/mmm a (Å) 4.013 b (Å) 13.088 210.8 V (Å3 Z 2 D (g·cm−3) 3.35 Ni-F (Å) 2.007 K-F (Å) 2.62, 2.77, 2.84 Estructuras relacionadas La2CuO4 superconductores Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2005 MgB2 Hexagonal: P 6/mmm a (Å) 3.086 b (Å) 3.524 27.15 V (Å3 Z 1 D (g.cm−3) 2.81 B-B (Å) 1.78 Mg-Mg (Å) 3.09 B-Mg (Å) 2.51 Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2005 9 χ(B) 1.0 M al et 2.0 Aleaciones es Triángulo de Ketalaar 1.5 Metálico 2.5 3.0 4.0 Fases Subóxidos Sales iónicas Zintl Iónico χ(A) 1.5 o ic m Se Sales Intersticiales iónicas Intermedio polarizadas Estructura en capas Redes 3D (silicatos) 1.0 o ct Cadenas s re a lo largo de la diagonal u nd χ(A) = χ(B) Enlace secundario Covalente Moléculas covalentes 2.0 2.5 oN al et m 3.0 es 4.0 Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2005 10