INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

“ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS”

QUIMICA APLICADA

PRACTICA 1: ESTADO SOLIDO CRISTALES

NOMBRE: HERNANDEZ GUDIÑO PEDRO BOLETA :2011320814 GRUPO :2AV4TURNO:VESPERTINOCARRERA:INGENIERIA QUIMICA INDUSTRIALFECHA DE ENTREGA: 14- MARZO -2012

CONSIDERACIONEST TOERICASESTADO SÓLIDO. Los sólidos se dividen en dos categorías cristalinos y amorfos. El hielo es un sólido Cristalino que posee un ordenamiento estricto y regular, es decir, sus átomos, moléculas o Iones ocupan posiciones específicas. Gracias a la distribución de estas partículas en el Sólido cristalino, las fuerzas netas de atracción intermolecular son máximas. Las fuerzas Que mantienen la estabilidad de un cristal pueden ser iónicas, covalentes, de van der Waals, de puentes de hidrogeno o una combinación de todas ellas. Un sólido amorfo, como el vidrio carece de un ordenamiento definido y de un orden molecular repetido.

En un sólido, las moléculas ocupan una posición rígida y no tienen libertad para moverse, Es decir, sus moléculas están distribuidas en una configuración regular tridimensional., su Forma y volumen están bien definidos; el sólido posee volumen característico independiente del recipiente que lo contiene, los sólidos son casi incompresibles y sus coeficientes de dilatación térmica son muy bajos: esto proviene de la existencia de intensas fuerzas atractivas entre sus moléculas, sumamente próximas. La densidad de la forma sólida es mayor que la de la forma líquida para una sustancia dada.

Los sólidos son generalmente imperfectos y presentan algunos vacíos donde debería haber Átomos o moléculas. El movimiento a través de estos huecos permite que se produzca la Difusión con una velocidad proporcional al número de huecos por unidad de volumen, Obteniendo conductividad y resistencia mecánica. Como regla todas las moléculas en estado Sólido son más densas que en los demás estados.

Las moléculas en el estado sólido pueden estar en desorden, se dice entonces que el sólido Es AMORFO. Es más común que las moléculas sigan un orden geométrico regular y a estos Sólidos se les llama SÓLIDOS CRISTALINOS.

SÓLIDOS AMORFOS. Si un sólido se forma rápidamente (por ejemplo, cuando un liquido se enfría muy rápido), sus átomos o moléculas no tienen tiempo de alinearse por si mismos y pueden quedar fijos en posiciones distintas a las de un cristal ordenado. El sólido así formado se llama

AMORFO. Los sólidos amorfos, como el vidrio, carecen de una distribución tridimensional regular de átomos. También conocidos como líquidos subenfriados. No tienen un punto de fusión específico, ya que durante un intervalo apreciable de temperatura se reblandecen, así; pueden parecerse a líquidos cuyas viscosidades disminuyen al aumentar la temperatura. 5

El vidrio es un producto de fusión de materiales inorgánicos óptimamente transparente que se ha enfriado a un estado rígido sin cristalizar. Contiene rigidez, dureza y resistencia al corte. Su tendencia a fluir se revela en el hecho de que ventanas ordinarias que han estado en posición vertical por un siglo pueden volverse ligeramente,

. Figura 1. Estructura de un sólido amorfo.

Sólidos Cristalinos.Los sólidos se dividen en dos categorías: cristalinos y amorfos. Un sólido cristalino poseeun ordenamiento estricto y regular, sus átomos, moléculas o iones ocupan posicionesespecíficas. Gracias a la distribución de estas partículas en el sólido cristalino, las fuerzasnetas de atracción intermolecular son máximas. Las fuerzas mantienen la estabilidad de uncristal, pueden ser iónicas, covalentes, de Van der Waals, de enlaces de hidrógeno o unacombinación de todas ellas

. Figura 2 Estructura de un sólido cristalino.

Leyes cristalográficas.La cristalografía es la rama de la ciencia que estudia la geometría, propiedades y estructurade las sustancias cristalinas; la forma geométrica de los cristales se basa en tres leyes:

Ley de la constancia de ángulos interfaciales.Establece que para una sustancia las caras correspondientes a los planos que formen lasuperficie externa de un cristal interceptan en un ángulo definido, éste permanece constantesin importar como se desarrollan las caras que comúnmente lo hacen en forma desigual en6tamaño y forma, pero el ángulo de intersección es siempre el mismo para cualquier cristalde la misma sustancia.

Ley de racionalidad de los índices.Establece que es posible elegir para un cristal una terna de ejes, coordenadas de tal formaque las caras de un cristal las intercepten a una distancia definida de origen o bien, seanparalelas a alguna de ellas en cuyo caso su intersección es en el infinito

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

Plano de simetría. Son superficies planas que dividen el cristal en dos mitadesexactamente iguales.

Línea o eje de simetría. Son líneas imaginarias que cruzan el interior de laestructura cristalina. Al girar 360º hacen que el motivo geométrico del cristal se repita unnúmero determinado de veces. Los ejes de simetría pueden ser binarios, ternarios,cuaternarios y senarios, según el número de repeticiones que generen.

Centro de simetría. Son puntos imaginarios situados en el interior del cristal,por ellos pasan los principales ejes y planos de simetría. .

Sistemas cristalinosExisten 230 formas cristalinas agrupadas en 32 clases e incluidas en siete sistemas, todoslos cristales que pertenecen a un sistema se caracterizan por el hecho de que aunque a vecescarecen de algún elemento de simetría se hayan referidos a un conjunto particular de unsistema de ejes cristalográficos que difieren en longitudes e inclinación determinando asílos siete sistemas cristalinos básicos, descritos por un conjunto de tres ejes y de los tresángulos entre ellos estos son: Cúbico. Las líneas de trazos indican las tres direcciones características, o ejes, a lolargo de los cuales debe repetirse la estructura para reproducir todo el retículo espacial.Tetragonal. El cubo elemental está alargado en una de sus tres direcciones,ángulos rectos, pero las distancias entre los puntos inmediatos son diferentes a lo largo delos tres ejes (iguales en dos de ellos, pero desiguales en el tercero).Hexagonal. Los átomos o moléculas se distribuyen formando hexágonos, que secorresponden exactamente los unos con los de otros planos.Rómbico u ortorrómbico. La celda unidad está constituida por tres ejesperpendiculares entre sí, el espaciado entre cada dos puntos inmediatos es desigual en lastres direcciones, a, b y c.Romboédrico o trigonal. Ocurre que el eje principal, en lugar de ser senario esternario. Será perpendicular a ejes binariosMonoclínico. Los ejes a y b son perpendiculares entre sí, pero el eje c no formaángulo recto con el plano ab (en esto se diferencia de la estructura rómbica).Triclínico. Ninguno de los ejes a, b, c es perpendicular al plano de los otros dos.

Monoclínico

Tetragonal

Tipos de cristalesLas estructuras y propiedades de los cristales, como punto de fusión y ebullición, densidady dureza están determinadas por el tipo de fuerzas que mantienen unidas a las partículas.Cualquier cristal es susceptible de clasificarse como uno de los cuatro tipos; iónico,covalente, molecular o metálico.Cristales covalentes.Los átomos de los cristales covalentes se mantienen unidos en una red tridimensional porenlaces covalentes. Los alótropos del carbono (diamante y grafito) son ejemplos. Losenlaces covalentes en tres dimensiones contribuyen a la dureza y como las capas se

mantienen unidas por fuerzas débiles de Van der Waals contienen propiedades como ladureza y un punto de fusión alto. Estos cristales de hecho son una sola gran molécula.

Cristales moleculares.En un cristal molecular los puntos reticulares están ocupados por moléculas que semantienen unidas por fuerzas de Van der Waals y/o enlaces de hidrógeno. Ejemplo eldióxido de azufre (SO2) donde la fuerza de atracción es una interacción dipolo-dipolo. Conexcepción de hielo, las moléculas de los cristales moleculares suelen empaquetarse juntascomo su tamaño y forma lo permitan. Los cristales moleculares son más quebradizos y sefunden a temperaturas menores de 100 °C.

Cristales metálicos.En los cristales metálicos cada punto reticular del cristal está ocupado por un átomo delmismo cristal. Tienen una estructura cúbica centrada en el cuerpo o centrada en las caras ylos elementos metálicos suelen ser muy densos.Los electrones de enlace están deslocalizados (no tienen un punto o localidad específico) entodo el cristal. Los átomos metálicos en un cristal se pueden imaginar como unadistribución de iones positivos inmersos en un mar de electrones de valenciadeslocalizados. La fuerza de cohesión debida a la deslocalización electrónica es la que leconfiere la resistencia al metal. La movilidad de los electrones deslocalizados hace que losmetales sean buenos conductores de calor y electricidad. Son maleables y dúctiles

Sistemas Cúbico.

Los cristales se clasifican de acuerdo con su orden de simetría, proceso que requiere unaexperiencia considerable y una facilidad para la orientación espacial. Dentro de un cristal,una cara o un plano dados se pueden definir los índices de Miller. Estos se derivan de losrecíprocos de las distancias a las cuales la cara o el plano dados interceptan al eje (índicesde Weiss). (Ejemplo: el recíproco de 1/oo es cero). En una unidad cúbica, los índices que seencuentran comúnmente son los de los planos 100, 110 y 111. Así determinando una redcristalina como un conjunto regular de puntos que se representa como un patrón en formarepetida en un espacio bi o tridimensional.

Figura 3 Muestra los diferentes planos

Empaquetamiento de esferas.

La estructura tridimensional se genera al colocar una capa encima y otras debajo de esta capa, de tal manera que las esferas de una capa cubran totalmente las esferas de la capa anterior. Cada esfera acomodada así, tiene un número de coordinación de 6 porque tiene seis vecinos próximos. El número de coordinación se define como el número de átomos (o iones) que rodean a un átomo (o ion) en una red cristalina. Su magnitud es una medida de qué tan compactas están empacadas las esferas: Cuanto mayor es el número de coordinación, más juntas están las esferas.

En la celda cúbica centrada en las caras hay esferas en el centro de cada una de las 16 seis caras del cubo, además de las 8 esferas de los vértices. Cada celda unitaria colinda con otras celdas unitarias, la mayoría de los átomos de la celda se comparten con las celdas vecinas. Un átomo centrado en las caras es compartido por dos celdas unitarias. Cada esfera del vértice es compartida por 8 celdas unitarias y 8 vértices en el cubo, dentro de una celda cúbica simple habrá el equivalente a una sola esfera completa. Una celda cúbica centrada en el cuerpo contiene el equivalente a 2 esferas completas, una en el centro y 8 esferas compartidas en las esquinas. Una celda cúbica centrada en las caras contiene 4 esferas completas; tres de los seis átomos centrados en las caras y una de las ocho esferas compartidas en los vértices.

En el sistema cúbico se distinguen tres tipos de celdas elementales (a) cúbico simple (una partícula en cada vértice); (b) cúbico centrado en el cuerpo (una partícula en cada vértice y otra en el centro) y (c) centrado en las caras (una partícula en cada vértice y una partícula en el centro de cada cara del cubo).

OBJETIVO: E l alumno identificara los diferentes sistemas de cristalizaciónMATERIAL:

1lupa 5 Vidrios De Reloj 1 Espartula 1microscopio

MICROSCOPIO LUPA VIDRIOS DE RELOJ ESPATULA

REACTIVOS: CLORURO DE SODIO

PERMANGANATO DE POTASIO

SULFATO DE COBRE PENTAHIDRATADO

DICROMATO DE POTASIO

YODURO DE POTASIO

PROCEDIMIENTO:

En vidrios de reloj se coloca una pequeña muestra de las siguientes sustancias cloruro de sodio, permanganato de potasio, sulfato de cobre pentahidratado, dicromato de potasio y yodura de potasio observar cada una de las muestras en el microscopio

OBSERVACIONES

Al analizar las muestras se deduce que En geometría y cristalografía las redes de Bravais son una disposición infinita de puntos discretos cuya estructura es invariante bajo cierto grupo de traslaciones. En la mayoría de casos también se da una invariancia bajo rotaciones o simetría rotacional.

Estas propiedades hacen que desde todos los nodos de una red de

Bravais se tenga la misma perspectiva de la red. Se dice entonces

que los puntos de una red de Bravais son equivalentes.

Mediante teoría de grupos se ha demostrado que sólo existe una

única red de Bravais unidimensional, 5 redes bidimensionales y 14

modelos distintos de redes tridimensionales.

La red unidimensional es elemental siendo ésta una simple secuencia de nodos equidistantes entre sí. En dos o tres dimensiones las cosas se complican más y la variabilidad de formas obliga a definir ciertas estructuras patrón para trabajar cómodamente con las redes

Todas estas celdas se consideran celdas primitivas ya que son capaces de cubrir todo el espacio mediante traslaciones sin que queden huecos ni solapamientos. .

CRISTAL OBSERVACION

INVESTIGACION

NACl Cloruro De PotasioCUBICO

Cloruro de Sodio: Sistema Cristalino= Cristales Cubicos la sal común es un cubo: 6 lados y 8 esquinas. Todas las partículas ofrecen las mismas características. Esto se debe a que todos los cuerpos están compuestos de pequeños bloques estructurales que son los átomos. Cada cuerpo tiene su propio plan o arreglo interno de los átomos; los de la sal común están arreglados de tal manera cuyo resultado es un cristal cúbico.

KMn O4 permanganato de potasio . pentahidratado

TETRAGONALPermanganato de Potasio: Sistema Cristalino: Cristales cubicosEl permanganato de potasio (KMnO4) son cristales de color púrpura obscuro, formados por la oxidación de sales ácidas de manganeso, y se emplean como oxidantes y desinfectantes.

Cu SO 5H2O Sulfato de cobre

ORTO ROMBICOEl cobre no forma cristales casi nunca...,pero si los presenta son cubos, octaedros o dodecaedros. Isométrica.Por tanto y en resumen las tres sustancias ANTERIORES pertencen al sistema cristalino cubico. Es decir sus critales son cubos de 6 caras y 8 aristas o vertices.

Kr Cr2 O7 dicromato de potasioMONOCLINICO

El dicromato de potasio es un sólido cristalino naranja-rojizo, soluble en agua. A diferencia del dicromato de sodio, no es higroscópico. Sus cristales son triclínicos pinacoidales. Es utilizado en la producción de productos pirotécnicos, explosivos, colorantes, productos para impresión, para curtido de pieles, para telas repelentes al agua, en baterias eléctricas, como oxidante en la elaboración de otros productos químicos orgánicos

KI Yoduro de potasio

TRIGONALSistema Triclínico

Presentan tres ejes en el espacio, ninguno en ángulo recto, con ningún segmento igual, formando cristales ahusados como agujas, como es el caso de la cafeína el sulfato de cobre y el yoduro de potasio que son los de interes. 

CONCLUSIONES:

Al estudiar los solidos y deduciendo observaciones de los experimentos llegó a la siguiente conclusión :

En función de los parámetros de la celda unitaria, longitudes de sus lados y ángulos que forman, se distinguen 7 sistemas cristalinos. Ahora bien, para determinar completamente la estructura cristalina elemental de un sólido, además de definir la forma geométrica de la red, es necesario establecer las posiciones en la celda de los átomos o moléculas que forman el sólido cristalino; lo que se denominan puntos reticulares. En el caso más sencillo, a cada punto de red le corresponderá un átomo, pero en estructuras más complicadas, como materiales cerámicos y compuestos, cientos de átomos pueden estar asociados a cada punto de red formando celdas unitarias extremadamente complejas. La distribución de estos átomos o moléculas adicionales se denomina base atómica y esta nos da su distribución dentro de la celda unitaria.

BIBLIOGRAFIA:

[1] Angulo Usategui, José María (febrero 2006), Química aplicada , Editorial mcgraw-hill,

[2] WIKIPEDIA, red de bravais, (22 DEmarzo 2012), Recuperado 5 de octubre,2010 :http://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Redes_de_Bravais

[5] DATASHEET química de sustanciaspuras

[6] LUIS GERARDO ZABALA sistema cristalino,(19 abril 2007), Recuperado 03 agosto,2010

[7] APUNTES DE QUÍMICA APLICADA

(En salamanca desde 1998), recuperado el día 21 de septiembre.2010: