2.9
Comparación Propiedades Compuestos Iónicos
Y Covalentes
Con
la información que hemos explicado hasta aquí, podemos ahora contestar la pregunta
que inició este bloque: ¿en qué difieren los óxidos metálicos de los no metálicos?
Como ya vimos, el compuesto de cloruro de sodio se forma debido a la atracción entre
iones sodio y cloruro que tienen cargas opuestas. La fuerza electrostática que
mantiene unidas las partículas con cargas opuestas dentro de un compuesto iónico
se llama enlace iónico. Los compuestos que poseen este enlace son compuestos
iónicos. Cuando ocurren enlaces iónicos entre metales y el oxígeno que es un no
metal se forman óxidos metálicos como por ejemplo la cal CaO y la herrumbre Fe2O3.
La mayoría de los otros compuestos iónicos se llaman sales. Todos los
compuestos iónicos son sólidos a temperatura ambiente, ninguno es líquido ni
gaseoso ¿cuál es la razón?
Seguramente
has observado la semejanza entre la sal común, un sólido iónico y el azúcar de
mesa, un sólido covalente. Sin embargo, si calientas la sal en la estufan o se
fundirá aunque la temperatura sea alta. Por el contrario, el azúcar se funde aúna
temperatura relativamente baja ¿afecta el tipo de enlace esta propiedad? Las
diferencias en propiedades son el resultado de las diferencias en las fuerzas de
atracción. En un compuesto covalente, el enlace covalente entre los átomos de las
moléculas es muy fuerte, pero la atracción entre las moléculas individuales (fuerzas
intermoleculares) es relativamente débil (son mil veces más débiles que los enlaces de los átomos de una molécula y mucho
más débiles que las fuerzas eléctricas que unen los iones en un compuesto
iónico).
Propiedades de enlaces iónicos
· Temperaturas de fusión y ebullición muy elevadas.
Sólidos a temperatura ambiente. La red cristalina es muy estable por lo que
resulta muy difícil romperla.
· Son duros (resistentes al rayado).
· No conducen la electricidad en estado sólido, los
iones en la red cristalina están en posiciones fijas, no quedan partículas
libres que puedan conducir la corriente eléctrica.
· Son solubles en agua por lo general, los iones
quedan libres al disolverse y puede conducir la electricidad en dicha
situación.
· Al fundirse también se liberan de sus posiciones
fijas los iones, pudiendo conducir la electricidad.
Propiedades.
Son las habituales de los enlaces covalentes:
· Temperaturas de fusión bajas. A temperatura
ambiente se encuentran en estado gaseoso, líquido (volátil) o sólido de bajo
punto de fusión.
· La temperaturas de ebullición son igualmente bajas.
· No conducen la electricidad en ningún estado físico
dado que los electrones del enlace están fuertemente localizados y atraídos por
los dos núcleos de los átomos que los comparten.
· Son muy malos conductores del calor.
· La mayoría son poco solubles en agua. Cuando se
disuelven en agua no se forman iones dado que el enlace covalente no los forma,
por tanto, si se disuelven tampoco conducen la electricidad.
2.10 Fuerza Del Enlace Covalente
Fuerza del enlace
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 diatómica 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 (1):
A−B (g) → A(g) + B(g)
(1)
La entalpía de disociación del enlace
difiere de la energía del enlace en RT.
2. TEORIA DEL ENLACE DE VALENCIA (EV)
Esta teoría parte de los átomos
individuales situados a una distancia infinita unos de otros y los acerca hasta
la distancia de enlace, calculándose las interacciones de todo tipo que se producen
entre ellos. Para ello se toma una función de onda Ψ aproximada y se minimiza
la energía de la misma para obtener el estado más estable.
2.11 Enlace Metálico Y Elementos Semiconductores
Es el tipo de
enlace que se produce cuando se combinan entre sí los elementos metálicos;
es decir, elementos de electronegatividades bajas y que se diferencien poco.
Los metales
forman unas redes metálicas compactas; es decir, con elevado índice de
coordinación, por lo que suelen tener altas densidades. Las redes suelen ser
hexagonales y cúbicas.
Hay dos modelos
que explican la formación del enlace metálico. El modelo de la nube de
electrones y la teoría de bandas.
Según este
modelo, los átomos metálicos ceden sus electrones de valencia a una "nube
electrónica" que comprende todos los átomos del metal. Así pues, el enlace
metálico resulta de las atracciones electrostáticas entre los restos positivos
y los electrones móviles que pertenecen en su conjunto a la red metálica.
En el enlace
metálico, los electrones no pertenencen a ningún átomo determinado. Además, es
un enlace no dirigido, porque la nube electrónica es común a todos los restos
atómicos que forman la red.
Hay que aclarar
que los átomos cuando han cedido los electrones a la nube común, no son
realmente iones, ya que los electrones quedan dentro de la red, perteneciendo a
todos los "restos positivos".
Este modelo es muy simple y sirve para interpretar muchas de las propiedades de los metales; aunque tiene ciertas limitaciones, principalmente en la explicación de la diferente conductividad de algunos metales.
Este modelo es muy simple y sirve para interpretar muchas de las propiedades de los metales; aunque tiene ciertas limitaciones, principalmente en la explicación de la diferente conductividad de algunos metales.
En cuanto a la
conductividad, se pueden dar 3 tipos de materiales
Conductores: Son
elementos metálicos los cuales son capaces de conducir la corriente eléctrica,
debido a que la banda de valencia y la banda de conducción están juntas,
permitiendo el paso libre de los electrones de una banda a otra.
Aislantes: Son los
elementos que no son capaces de conducir la corriente eléctrica. La banda de
valencia y la banda de conducción están separadas por una gran brecha
energética que impide la conducción.
Semiconductores: Son los
elementos cuya brecha energética prohibida es menor y se puede alcanzar la
banda de conducción en determinadas circunstancias.
Propiedades de
los metales:
A excepción del mercurio, los metales puros son
sólidos a temperatura ambiente. No obstante, sus puntos de fusión son muy
variables, aunque generalmente altos.
Son buenos conductores de la electricidad y del
calor.
Presentan un brillo característico.
Son dúctiles y maleables. Esto es debido a la no
direccionalidad del enlace metálico y a que los "restos positivos"
son todos similares, con lo que cualquier tracción no modifica la
estructura de la red metálica, no apareciendo repulsiones internas.
Presentan el llamado "efecto
fotoeléctrico"; es decir, cuando son sometidos a una radiación de
determinada energía, emiten electrones.
Se suelen disolver unos en otros formando
disoluciones que reciben el nombre de aleaciones.
2.12 Teoría de bandas
Esta teoría representa un modelo más elaborado para explicar la
formación del enlace metálico; se basa en la teoría de los orbitales
moleculares. Esta teoría mantiene que cuando dos átomos enlazan, los
orbitales de la capa de valencia se combinan para formar dos orbitales nuevos
que pertenecen a toda la molécula, uno que se denomina enlazante (de menor
energía) y otro antienlazante (de mayor energía). Si se combinasen 3 átomos se
formarían 3 orbitales moleculares, con una diferencia de energía entre
ellos menor que en el caso anterior. En general, cuando se combinan N
orbitales, de otros tantos átomos, se obtienen N orbitales moleculares de
energía muy próxima entre sí, constituyendo lo que se llama una
"banda"
En los metales existe un número muy grande de orbitales atómicos para
formar enlaces deslocalizados que pertenezcan a toda la red metálica (como si
fuese una gran molécula). Como el número de orbitales moleculares es muy grande
forman una banda en la que los niveles de energía, como se ha
dicho anteriormente, están muy próximos.
En los metales se forman dos bandas. Una en la que se
encuentran los electrones de la capa de valencia que se denomina "banda
de valencia" y otra que se llama "banda de
conducción" que es la primera capa vacía.
En los metales, la banda de valencia está llena o
parcialmente llena; pero en estas sustancias, la diferencia energética entre la
banda de valencia y la de conducción es nula; es decir están solapadas. Por
ello, tanto si la banda de valencia está total o parcialmente llena, los
electrones pueden moverse a lo largo de los orbitales vacios y conducir la
corriente eléctrica al aplicar una diferencia de potencial.
En el caso de los aislantes la banda de valencia está
completa y la de conducción vacía; pero a diferencia de los metales, no sólo no
solapan sino que además hay una importante diferencia de energía entre una y
otra (hay una zona prohibida) por lo que no pueden producirse saltos
electrónicos de una a otra. Es decir, los electrones no gozan de la movilidad
que tienen en los metales y, por ello, estas sustancias no conducen la
corriente eléctrica.
Un caso intermedio lo constituyen los semiconductores, en el
caso de las sustancias de este tipo, la banda de valencia también está llena y
hay una separación entre las dos bandas, pero la zona prohibida no es tan
grande, energéticamente hablando, y algunos electrones pueden saltar a la banda
de conducción. Estos electrones y los huecos dejados en la banda de
valencia permiten que haya cierta conductividad eléctrica. La conductividad
en los semiconductores aumenta con la temperatura, ya que se facilitan los
saltos de los electrones a la banda de conducción. Son ejemplos de
semiconductores: Ge, Si, GaAs y InSb.
2.13 Estructura
de los materiales
2. Estructura de los materiales
definición e 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. m Gas - Sólido - Líquido Un sólido es un
material que posee forma y volumen definidos y que es una sustancia constituida
por átomos metálicos, átomos no metálicos, iones ó moléculas.
3. Estructura de los materiales definición Granos
cristalinos Moléculas Electrones Superestructuras Átomos Amorfas Protones
Defectos Neutrones Cristalinas Etc. Propiedades PropiedadesPropiedades
Electrónicas insensibles a la sensibles a la Magnéticas Microestructura Microestructura
Eléctricas Etc.
4. Estructura de los materiales definición m Los sólidos se
pueden clasificar teniendo en cuenta el arreglo interno de sus partículas, en
amorfos y cristalinos. materiales amorfos materiales cristalinos Materiales en
los que sus Cuando las moléculas que componen átomos siempre están en un sólido
están acomodadas desorden o desalineados regularmente, decimos que forman un
aún en su estado sólido. No cristal, y al sólido correspondiente le presentan
una disposición llamamos sólido cristalino o fase. interna ordenada por lo
tanto Porque las partículas macroscópicas no tienen ningún patrón que los
forman (los cristales) tienen determinado. Amorfo quiere formas regulares: si
examinamos decir que no tienen forma. cristales de cloruro de sodio bajo una
lente de aumento, veremos que los cristales tienen forma de pequeños cubos.
5. Estructura de los materiales definición Estructura periódica o repetitiva c Orden de largo alcance
(alrededores idénticos) Resulta de la organización periódica de puntos en el
espacio, a lo cual se le asocia un motivo particular Conceptos de
cristalografía
6. Estructura de los materiales definición El sistema es tal
que puede ser descripto por una celda unidad. c La celda unidad que contienen
un único punto de red (mínimo volumen posible) se llaman celdas primitivas. En
el espacio la representación contiene seis parámetros (a, b, c, ß,
Representación geométrica de la estructura cristalina
7. Estructura de los materiales definición 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 c 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.Punto
reticular: Líneas rectasión, átomo o imaginarias que El patrón se repite
enmolécula que se forman la Celdilla el espacio y forma elrepite infinitamente
unidad retículo cristalino
8. Estructura de los materiales definición Sistemas
cristalinos y Redes de Bravias c o Son una disposición infinita de puntos
discretos cuya estructura es invariante bajo traslaciones. Estas propiedades
hacen que desde todos los nodos de una Red de Bravais se tenga la misma
perspectiva de la red. o Los puntos de una red de Bravais son equivalentes. o
Mediante teoría de grupos se ha demostrado que solo existe: 1 red
unidimensional: simple secuencia de nodos equidistantes entre sí 5 redes
bidimensionales: paralelogramos (2D) 14 modelos de redes tridimensionales:
paralelepípedos (3D) 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.
9. Estructura de los materiales definición Sistemas
Cristalinos y Redes de Bravias La condición de orden de largo alcance limita la
cantidad de geometrías posibles.c Estas fueron organizadas en 7 sistemas.
10. Estructura de los materiales definición Estructuras
Cerámicas
11. Estructura de los materiales definición Estructuras de
los Polímeros
12. Estructura de los materiales definición Proceso de
Cristalización en los Metales y Aleaciones Líquidas 1. Calentados por encima de
su punto de fusión, los átomos se agrupan al azar y son portadores de elevada
energía y movimiento 2. A medida que el líquido se enfría la energía de algunos
átomos disminuye y su movilidad dentro de la masa ocupando una posición más
orientada. 3. Alcanzada la temperatura de solidificación, estos grupos aislados
de átomos quedan ya orientados y enlazados como el cristal elemental,
adquiriendo una estructura rígida de orientación los unos respecto a los otros.
4. Los átomos vecinos cuando pierden la energía térmica necesaria, se agregan
al cristal elemental formado nuevos cristales elementales unidos y comienzan a
formar redes cristalinas en crecimiento alcanzado cierto tamaño se convierten
en núcleos de cristalización.
13. Estructura de los materiales definición Proceso de
Cristalización en los Metales y Aleaciones Líquidas 5. La red cristalina crece
en unas direcciones más que en otras, así los cristales adquieren una forma
alargada y constituyen en los llamados ejes de cristalización. 6. A partir de
los primeros ejes, en direcciones perpendiculares, tiene lugar el crecimiento
de nuevos ejes. Este tipo de cristalización, que recuerda a un cuerpo
ramificado, se conoce como dendrítico, y el cristal formado dendrita. 7. Los
cristales entrar en contacto, lo que impide la formación de cristales
geométricamente correctos, después de la solidificación completa adquieren un
carácter casual. Tales cristales se denominan granos y los cuerpos metálicos,
compuestos de un gran número de granos, se denominan policristalinos.
14. Estructura de los materiales definición Para elaborar
una pieza metálica desde el material fundido, las condiciones reales de
cristalización se apartan en mucho de las ideales, en este caso: o En el metal
siempre hay impurezas. o Las temperaturas de fusión son altas. o Las
velocidades de enfriamiento relativamente altas. o La transferencia de calor de
la masa fundida al medio es diferente en diferentes direcciones. o Las partes
más cercanas a las paredes del molde se enfrían a una velocidad mucho mayor que
las más interiores. Cada una de estas condiciones perturbadoras produce cambios
a la red cristalina y dan lugar a la formación de los granos (cristales
imperfectos).
15. Estructura de los materiales definición Microestructuras
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.
16. Estructura de los materiales Microestructuras Defectos
Puntiformes. Debido al contacto entre los cristales en crecimiento que impide
el enlace correcto, los átomos pueden faltar, y en consecuencia el cristal
elemental queda deformado. Esos nudos no ocupados por los átomos se llaman
vacancias. Al contrario, a veces en el cristal elemental puede encontrarse un
átomo sobrante, tales átomos se llaman átomos intersticiales.
17. Estructura de los materiales Microestructuras Defectos
lineales o dislocaciones. El hecho de que una parte considerable de las
impurezas se segregan en el material hacia esas zonas limítrofes de los granos
le reduce aun más su estabilidad. De esta forma dentro del metal solidificado
se producen zonas de resistencia y estabilidad reducida, que comúnmente bordean
los granos del material. Estas zonas se conocen como dislocaciones. La
presencia de las dislocaciones en la estructura cristalográfica de los metales
está directamente relacionada con la capacidad de estos de resistir
deformaciones plásticas sin romperse. Estas dislocaciones se convierten en
planos de deslizamiento en las zonas límites de los cristales.
18. Estructura de los materiales Microestructuras
Solidificación y Aleación De Los Metales Los metales al ser calentados pueden
modificar su estado físico, las que van desde la alteración de algunas de sus
propiedades hasta un cambio de su estado sólido al líquido. El qué tan rápido o
con qué tanta energía se logra un cambio de estado en un metal dependerá de los
materiales que lo integran. Se debe recordar que casi nunca se utilizan metales
puros. A la combinación química de dos o más metales se le llama aleación.
Muchas de las propiedades de los metales están relacionadas con la estructura
cristalina y también con el enlace metálico, tales como: o densidad o dureza o
punto de fusión o conductividad eléctrica y calorífica Ninguna propiedad
depende tanto de la formación de la estructura cristalina como las propiedades
mecánicas: la maleabilidad, ductilidad, resistencia a la tensión, temple.
19. Tecnología I Diseño Industrial Un diseñador industrial
es quien está calificado por el entrenamiento, el conocimiento técnico, la
experiencia y la sensibilidad visual para determinar los materiales, los
mecanismos, la forma, el color, los finales de la superficie y la decoración de
los objetos que son reproducidos en cantidad por procesos industriales. El
diseñador industrial puede, en diversas etapas, ser referido a todos o
solamente a algunos de estos aspectos de un objeto producido industrialmente.
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 caracterización 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 esa razón las sustancias solidas poseen forma y volumen
propios.
La mayor parte de los sólidos presentes en la naturaleza son
cristalinos aunque en ocasiones no se refleje en una forma geométrica a simple
vista, ya que están formados por pequeños cristales orientados de diferentes
maneras, en una estructura poli cristalina. Los componentes de una red
cristalina son átomos, moléculas o iones
Las propiedades físicas de los sólidos:
·
Temperatura de fusión
·
Capacidad para conducir la corriente
·
Resistencia a la deformación
·
Dureza
2.15. Concepto.
Caracterización sistemas cristalinos
Un sólido cristalino se construye a partir de la repetición en el
espacio de una estructura elemental paralelepipédica denominada celda unitaria. En función de los parámetros de red, es decir,
de las longitudes de los lados o ejes del paralelepípedo elemental y de los
ángulos que forman, se distinguen siete sistemas cristalinos:
Sistema cristalino
|
Ejes
|
Ángulos entre ejes
|
a = b =
c
|
α = β =
γ = 90°
|
|
a = b ≠
c
|
α = β =
γ = 90°
|
|
a ≠ b ≠
c ≠ a
|
α = β =
γ = 90°
|
|
a = b ≠
c
|
α = β =
90°; γ = 120°
|
|
Trigonal (o Romboédrica)
|
a = b =
c
|
α = β =
γ ≠ 90°
|
a ≠ b ≠
c ≠ a
|
α = γ =
90°; β ≠ 90°
|
|
a ≠ b ≠
c ≠ a
|
α ≠ β ≠
γ
α, β, γ
≠ 90°
|
La celda
fundamental o celda unitaria o malla es la distribución de átomos, iones o
moléculas más pequeñas, cuya repetición definida origina todo el conjunto
cristalino.
En teoría este proceso
se podría repetir indefinidamente hasta que se obtuviera el más pequeño
conjunto de átomos, ordenados del mismo modo, y con la misma forma de cada uno
de los fragmentos mayores. Estaríamos, entonces, ante la celda fundamental del
cristal
Las formas
poliédricas de caras planas, típicas de las sustancias cristalinas, indican que
el cristal crece a diferentes velocidades en las distintas direcciones del
espacio.
Un cristal se
origina por acumulación de un pequeño conjunto de átomos. En consecuencia, si
el crecimiento se produjera a la misma velocidad en todas las direcciones, los
cristales serían esféricos.
Presentacion 4 from arnoldo14
GRACIAS CHICOS, ME HAN AYUDADO MUCHO, MUY BUENA INFORMACION.
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