SÓLIDOS INORGÁNICOS Tema 6. Tema 7. Tema 8. Tema 9. Tema 10. Tema 11. Tema 12. Fundamentos Sólidos metálicos Sólidos iónicos Sólidos covalentes Sólidos moleculares Defectos y no-estequiometría Propiedades físicas de los sólidos Casabó, J., Estructura atómica y enlace químico. Reverté, Barcelona, 1996. Callister, W. D., Materials science and engineering. An introduction. 3ª Ed., John Wiley and Sons, Nueva York, 1994. Smart, L., Moore, E., Química del estado sólido. Una introducción. Addison-Wesley Iberoamericana, Wilmington, 1995. Shriver, D. F., Atkins, P. W., Inorganic chemistry. 3ª Ed., Oxford University Press, Oxford, 1999. Douglas, B. E., McDaniel, D. H., Alexander, J. J., Concepts and models in inorganic chemistry. 3ª Ed., John Wiley & Sons, Nueva York, 1994. Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2004 Tema 6. FUNDAMENTOS Tipos de sólidos. Estructura cristalina. Difracción de rayos X. Redes y celda unidad. Redes de Bravais. Contenido de la celda unidad. Número de coordinación. http://www.chem.ox.ac.uk/icl/heyes/structure_of_solids/Strucsol.html http://dept.physics.upenn.edu/~heiney/talks/hires/hires.html http://www.univ-lemans.fr:80/enseignements/chimie/01/theme0.html http://neon.mems.cmu.edu/degraef/pg/pg_gif.html Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2004 1 Tipos de sólidos Sólidos cristalino Es un ordenamiento de átomos, iones o moléculas que se unen entre sí mediante las fuerzas de cohesión correspondiente, según un modelo regular repetitivo. Sólidos metálicos Los metales y las aleaciones son sistemas sólidos integrados por átomos unidos por fuerzas de enlace metálico. Sólidos iónicos Son sólidos constituidos por aniones y cationes que se mantienen unidos entre sí mediante fuerzas electrostáticas. Sólidos covalentes Son sólidos con un ordenamiento tridimensional en el que existen enlaces covalentes entre todas las unidades estructurales. Sólidos moleculares Son sólidos formados por moléculas que se mantienen unidas entre sí mediante fuerzas intermoleculares. Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2004 Importancia tecnológica de los sólidos Apariencia • Piedras preciosas y semipreciosas Propiedades mecánicas • Metales / aleaciones • Cemento / Hormigón • Cerámicas • Lubricantes • Abrasivos Propiedades eléctricas • Conductores metálicos • Semiconductores • Superconductores • Electrolitos • Piezoeléctricos Propiedades magnéticas • Tecnología de grabación Propiedades ópticas • • • • Pigmentos Fósforos Láseres Dobladores de frecuencia de la luz Catalizadores • Zeolitas Sensores • Sensores de oxígeno Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2004 2 Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2004 Estructura cristalina Ley de Bragg 2d sen θ = nλ Difracción de rayos X Se basa en la dispersión de los rayos X por los electrones de un sólido. Los cristales sirven de eficaces mallas de difracción para los rayos X. Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2004 3 Redes y celda unidad (1) Red cristalina es un ordenamiento infinito de puntos en el espacio, en el que cada punto tiene idéntico entorno. Estructura cristalina es el ordenamiento periódico de átomos en un cristal. Cada cristal deriva de un bloque de construcción básico (“ladrillo”) que se repite en todas las direcciones del espacio. Este bloque de construcción se denomina celda unidad. http://www.kings.edu/~chemlab/vrml/index.html Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2004 Redes y celda unidad (2) Red monodimensional Es un conjunto de objetos espaciados de manera uniforme. La celda unidad de una red monodimensional viene determinada por un único parámetro, a. Estructura cristalina Red a Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2004 4 Redes y celda unidad (3) Redes bidimensionales (2D) Las redes bidimensionales son 5 (17 grupos espaciales).Los parámetros que definen la celda unidad de una red bidimensional son dos distancias (a, b) y un ángulo (γ). http://jcrystal.com/steffenweber/JAVA/jwallpaper/J2DSPG.html http://www.iucr.ac.uk/iucr-top/comm/cteach/pamphlets/14/14.html cuadrada a=b γ = 90° hexagonal a=b γ = 120° rectangular a≠b γ = 90° p4, p4mm, p4gm p3, p3m1, p31m, p6, p6mm pm, pg, p2mm, p2mg, p2gg rectangular centrada a≠b γ = 90° oblícua a≠b γ ≠ 90° p1, p2 c2mm, cm http://web.inter.nl.net/hcc/Hans.Kuiper/17system.htm Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2004 Redes y celda unidad (4) Redes tridimensionales (3D) Las redes tridimensionales se forman por repetición en las tres direcciones del espacio de una celda unidad que es un paralelepípedo definido por tres distancias (a, b, c) y tres ángulos (α, β, γ). Primitiva: P Centrada en el cuerpo: I Centrada en dos caras: A, B, C centrada en las caras: F Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2004 5 Sistemas cristalinos Sistema Celda unidad Requisitos de simetría Triclínico a≠b≠c α ≠ β ≠ γ ≠ 90º Ninguno Monoclínico a≠b≠c α = γ = 90º ≠ β Un eje binario o un plano de simetría Ortorrómbico a≠b≠c α = β = γ = 90º Tres ejes binarios o tres planos perpendiculares entre sí Tetragonal a=b≠c α = β = γ = 90º Un eje de rotación cuaternario o un cuaternario impropio Trigonal a=b=c α = β = γ ≠ 90º Un eje de rotación ternario Hexagonal a=b≠c α = β = 90º; γ = 120º Un eje de rotación senario o un senario impropio Cúbico a=b=c α = β = γ = 90º Cuatro ejes de rotación ternarios a 109.49º entre sí Tipos de celda unidad International Tables for Crystallography, vol A Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2004 Redes de Bravais Cúbico Tetragonal Ortorrómbico Monoclínico Triclínico P Hexagonal I R C F Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2004 6 Contenido de la celda unidad 2D Vértices Aristas Caras Interior 3D 1/8 átomo en 8 vértices Vértices 4 celdas 1/4 Aristas 2 celdas 1/2 Interior 1 celda 1 1/8 átomo en 8 vértices 8 celdas 4 celdas 2 celdas 1 celda 1/8 1/4 1/2 1 1 átomo en el centro 1/2 átomo en 6 caras 1/8 átomo en 8 vértices Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2004 Número de coordinación Es el número de átomos vecinos más proximos que rodean a un determinado átomo. Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2004 7 Redes 2D Escher http://library.thinkquest.org/11750/eschpage/MathClass1.html Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2004 http://web.inter.nl.net/hcc/Hans.Kuiper/17system.htm Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2004 8 Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2004 Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2004 9 Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2004 10