Enlaces Quimicos y El Estado Solido Cristalino

7/25/2019 Enlaces Quimicos y El Estado Solido Cristalino

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INSTITUTO TECNOLOGICO DE CD.VICTORIA

ALEJANDRO GUADALUPE FONTI FLORES

MATERIA: QUIMICA INDUSTRIAL

HORARIO: 11:00 AM A 12:00 PM

N0. De conto!: 1"#$0#%0

UNIDAD 2 &COMPETENCIA'

ENLACES QUIMICOS ( EL ESTADO SOLIDO &CRISTALINO'

22 )e *e+t,e-e )e 201"


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2.1 CONCEPTOS ( CLASIFICACION DE ENLACES QUIMICOS

El enlace qumico es la fuerza que mantiene unidos a los tomos (enlace interatmico)

para formar molculas o formar sistemas cristalinos (inicos, metlicos o covalentes) y

molculas (enlace intermolecular) para formar los estados condensados de la materia

(slido y lquido), dicha fuerza es de naturaleza electromagntica (elctrica y

magntica), predominante fuerza elctrica.

a unin entre tomos y la formacin de un enlace es un proceso qumico que va

acompa!ado de una cierta disminucin de energa, la energa potencial electrosttica,

que implica un aumento de la esta"ilidad.

a fuerza de atraccin que mantienen los tomos unidos se denomina fuerza de

enlace. as fuerzas de enlace son siempre de origen elctrico (fuerzas

electromagnticas). #dems, e$iste otro tipo de interacciones ms d"iles llamadasfuerzas intermoleculares, que se esta"lecen entre molculas y entre los tomos de los

gases no"les.


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CLASIFICACION DE ENLACES QUIMICOS

Enlaces %nteratmicos&

Enlace inico o electrovalente

Enlace covalente

Enlace metlico

'. Enlaces %ntermoleculares o uerzas de an der *aals&

Enlace dipolo + dipolo

Enlace puente de hidrgeno

Enlace por fuerzas de ondon


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2." SIM/OLOS ( ESTRUCTURA DE LEIS

SIM/OLO DE LEIS

m"olo de e-is de un elemento consiste de un sm"olo qumico que representa elncleo de un tomo con sus electrones de las nu"es electrnicas internas /unto con

unos puntos colocados alrededor del sm"olo que representa los electrones de

valencia, los electrones de la nu"e electrnica e$terna.

0uando los electrones de valencia son transferidos de un tomo a otro, se forman

iones que son mantenidos unidos electroestticamente formando enlaces inicos

(compuestos inicos) y su estructura e-is es escrita con las cargas de sus iones y el

desplazamiento de sus electrones. En otros casos, los electrones son compartidos en

una manera que cada tomo adquiere una configuracin electrnica de un gas no"le,

donde se completa el octeto (1 electrones de valencia en la nu"e electrnica e$terna)formando un compuesto covalente y se escri"e compartiendo el par de electrones

entre los tomos.


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ESTRUCTURA DE LEIS

a estructura de e-is, tam"in llamada diagrama de punto, modelo de e-is o

representacin de e-is, es una representacin grfica que muestra los pares de

electrones de enlaces entre los tomos de una molcula y los pares de electrones

solitarios que puedan e$istir. on representaciones adecuadas y sencillas de iones ycompuestos, que facilitan el recuento e$acto de electrones y constituyen una "ase

importante para predecir esta"ilidades relativas. Esta representacin se usa para

sa"er la cantidad de electrones de valencia de un elemento que interactan con otros

o entre su misma especie, formando enlaces ya sea simples, do"les, o triples y estos

se encuentran ntimamente en relacin con los enlaces qumicos entre las molculas y

su geometra molecular, y la distancia que hay entre cada enlace formado.

as estructuras de e-is muestran los diferentes tomos de una determinada

molcula usando su sm"olo qumico y lneas que se trazan entre los tomos que se

unen entre s. En ocasiones, para representar cada enlace, se usan pares de puntos

en vez de lneas. os electrones desapartados (los que no participan en los enlaces)

se representan mediante una lnea o con un par de puntos, y se colocan alrededor de

los tomos a los que pertenece.

Este modelo fue propuesto por 2il"ert 3. e-is quien lo introdu/o por primera vez en

4546 en su artculo a molcula y el tomo.


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LAS MOLECULAS

as molculas ms simples, entre las cuales se encuentran las molculas orgnicas,

de"en presentar un tomo central, en algunos casos el tomo central es el car"ono

de"ido a su "a/a electronegatividad, luego ste queda rodeado por los dems tomos

de las otras molculas. En molculas compuestas por varios tomos de un mismoelemento y un tomo de otro elemento distinto, ste ltimo se utiliza como el tomo

central, lo cual se representa en este diagrama con 7 tomos de hidrgeno y uno de

silicio. El hidrgeno tam"in es un elemento e$ceptuante, puesto que no de"e ir como

tomo central.


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ELECTRONES DE VALENCIA

El nmero total de electrones representados en un diagrama de e-is es igual a la

suma de los electrones de valencia de cada tomo.

a valencia que se toma como referencia y que se representa en el diagrama es la

cantidad de electrones que se encuentran en el ltimo nivel de energa de cada

elemento al hacer su configuracin electrnica.

0uando los electrones de valencia han sido determinados, de"en u"icarse en el

modelo a estructurar.

8na vez que todos los pares solitarios han sido u"icados, los tomos, especialmente

los centrales, pueden no tener un octeto de electrones. os tomos entre s de"en

quedar unidos por enlaces9 un par de electrones forma un enlace entre los dos

tomos. #s como el par del enlace es compartido entre los dos tomos, el tomo que

originalmente tena el par solitario sigue teniendo un octeto9 y el otro tomo ahora tiene

dos electrones ms en su ltima capa.

uera de los compuestos orgnicos, solo un porcenta/e menor de los compuestos

tiene un octeto de electrones en su ltima capa. 0ompuestos con ms de ocho

electrones en la representacin de la estructura de e-is de la ltima capa del tomo,

son llamados hipervalentes, y son comunes en los elementos de los grupos 4: al 41,

tales como el fsforo, azufre, yodo y $enn.

0uando se escri"e la estructura de e-is de un ion, la estructura entera es u"icada

entre corchetes, y la carga se escri"e como un e$ponente en el rincn derecho

superior, fuera de los corchetes.


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L e! )e! octeto

#rtculo principal& ;egla del octeto

a regla del octeto, esta"lece que los tomos se enlazan unos a otros en el intento de

completar su capa de valencia (ltima capa de la electrosfera). a denominacin


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El hidrgeno tiene un slo or"ital en su capa de valencia la cual puede aceptar como

m$imo dos electrones, /unto con el "erilio que se completa con una cantidad de

cuatro electrones y el "oro que requiere de seis electrones para llevar a ca"o esta

funcin, de modo en que se elude a la normativa que especifica que todo elemento secompleta con 1 electrones a su disposicin. >or otra parte, los tomos no metlicos a

partir del tercer perodo pueden formar ?octetos e$pandidos? es decir, pueden contener

ms que ocho electrones en su capa de valencia, por lo general colocando los

electrones e$tra en su"niveles.

CARGA FORMAL


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En trminos de las estructuras de e-is en general, la carga formal de un tomo

puede ser calculada usando la siguiente frmula, las definiciones no estndar

asumidas para el margen de "eneficio utilizaron&

0f @ 3v A 8e A Bn , donde&

0f es la carga formal.

3v representa el nmero de electrones de valencia en un tomo li"re.

8e representa el nmero de electrones no enlazados.

Bn representa el nmero total de electrones de enlace, esto dividido entre dos.

a carga formal del tomo es calculada como la diferencia entre el nmero de

electrones de valencia que un tomo neutro podra tener y el nmero de electrones

que pertenecen a l en la estructura. El total de las cargas formales en una molcula

neutra de"e ser igual a cero.

E*t4ct4 )e Le5,* + e! ,on n,t,to


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Es la unin de tomos que resulta de la presencia de atraccin electrosttica entre los

iones de distinto signo, es decir, uno fuertemente electropositivo ("a/a energa de

ionizacin) y otro fuertemente electronegativo (alta afinidad electrnica). Eso se da

cuando en el enlace, uno de los tomos capta electrones del otro. a atraccin

electrosttica entre los iones de carga opuesta causa que se unan y formen un

compuesto qumico simple, aqu no se fusionan9 sino que uno da y otro reci"e.

Gado que los elementos implicados tienen elevadas diferencias de electronegatividad,

este enlace suele darse entre un compuesto metlico y uno no metlico. e produce

una transferencia electrnica total de un tomo a otro formndose iones de diferente

signo. El metal dona uno o ms electrones formando iones con carga positiva o

cationes con una configuracin electrnica esta"le. Estos electrones luego ingresan en

el no metal, originando un ion cargado negativamente o anin, que tam"in tiene

configuracin electrnica esta"le. on esta"les pues am"os, segn la regla del octeto

o por la estructura de e-is adquieren 1 electrones en su capa ms e$terior (capa de

valencia), aunque esto no es del todo cierto ya que contamos con varias e$cepciones,

la del hidrgeno (H) que se llega al octeto con ' electrones, el "erilio (Be) con 7 ,el

aluminio (#l) y el "oro (B) que se rodean de seis.

os compuestos inicos forman redes cristalinas constituidas por iones de carga

opuesta, unidos por fuerzas electrostticas. Este tipo de atraccin determina las

propiedades o"servadas. i la atraccin electrosttica es fuerte, se forman slidos

cristalinos de elevado punto de fusin e insolu"les en agua9 si la atraccin es menor,

como en el caso del 3a0l, el punto de fusin tam"in es menor y, en general, son

solu"les en agua e insolu"les en lquidos apolares, como el "enceno.

COMO SE FORMA EL ENLACE IONICO

Enlace inico


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El enlace inico& se forma por transferencia de electrones entre tomos que le permite

adquirir configuraciones electrnicas ms esta"les.

Este tipo de enlace ser da entre elementos que poseen electronegatividades muy

diferentes, es decir, entre elementos muy electronegativos y elementos

electropositivos. >or lo tanto, ser el enlace que se formar en muchas com"inacionesentre metales y no metales, o en la unin entre cationes y aniones comple/os como el

3CFA, C7

. El resultado es la formacin de una red cristalina compacta y tridimensional llamada

red cristalina inica.

CLASIFICACION DE LOS ENLACES IONICOS


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os iones se clasifican en dos tipos&

a) #nin& Es un ion con carga elctrica negativa, lo que significa que los tomos que lo

conforman tienen un e$ceso de electrones. 0omnmente los aniones estn formados

por no metales, aunque hay ciertos aniones formados por metales y no metales. os

aniones ms ha"ituales son (el nmero entre parntesis indica la carga)&

A fluoruro.

0lA cloruro.

BrA "romuro.

% A yoduro.

' A sulfuro.

C7'A sulfato.

3CFA nitrato.

>C7FA fosfato.

0lCA hipoclorito.

0lC'A clorito.

0lCFA clorato.

0lC7A perclorato.

0CF'A car"onato.

BCF FA "orato.

InC7A permanganato.

0rC7'A cromato.

0r'C'Adicromato (('J cido crmico)AH'C)@H70r'C1 A H'C@H'0r'C@ cido

dicrmico)

") 0atin& es un ion con carga elctrica positiva. os ms comunes se forman a partir

de metales, pero hay ciertos cationes formados con no metales.

3aD sodio.

KD potasio.

0a'D calcio.

Ba'D "ario.


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Ig'D magnesio.

#lFD aluminio.

>"'D plomo (%%).

Ln'D zinc (o cinc).

e'D hierro (%%) o ferroso.

eFD hierro (%%%) o frrico.

0uD co"re (%) o cuproso (aunque en verdad, este ion es 0u'('D)).

0u'D co"re (%%) o cprico.

HgD mercurio (%) o mercurioso (aunque en verdad, este ion es Hg'('D)).

Hg'D mercurio (%%) o mercrico.

#gD plata (%).

0rFD cromo (%%%).

In'D manganeso (%%).

0o'D co"alto (%%) o co"altoso.

0oFD co"alto (%%%) o co"ltico.

3i'D nquel (%%) o niqueloso.

3iFD nquel (%%%%) o niqulico.

3H7D amonio.

>;C>%EG#GE GE C EEIE3MC %C3%0C


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Norman redes cristalinas. os iones se unen tridimensionalmente formando redes

cristalinas.

N Mienen puntos de fusin y de e"ullicin elevados. Ge"ido a las intensas atracciones

electrostticas entre los iones de carga opuesta. os compuestos inicos son slidos a

temperatura am"iente.

Non duros. Es decir, difciles de rayar.

Non frgiles. e rompen con facilidad.

N e disuelven "ien en disolventes polares. 0ada in atrae las molculas del

disolvente (principalmente agua) por el e$tremo que tiene carga opuesta a la suya y

esta"lece enlaces d"iles con ellas.

N 0onducen la corriente elctrica cuando estn fundidos o disueltos. Oa que as sus

iones tienen li"ertad de movimiento para desplazarse dentro de un campo elctrico.

EJEMPLOS DE ENLACES IONICOS


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os enlaces inicos se producen cuando se encuentran tomos de elementos

metlicos, con no metlicos.

Este tipo de enlace se de"e a la atraccin electrosttica que se produce cuando los

tomos de un metal ceden electrones a los tomos de un no metal, crendose iones

de diferente carga.

a atraccin de los iones de diferente carga elctrica es muy grande y hace que estos

tomos queden fuertemente unidos.

as sustancias creadas a partir de este tipo de enlace reci"en el nom"re de

compuestos inicos y a las fuerzas elctricas que realizan esta unin se les denomina

enlaces inicos.

4P e/emplos enlaces inicos&

0loruro de odio (3a0l)

0loruro de >otasio (K0l)

%oduro de >otasio (K%)

C$ido de Hierro (eC)

0loruro de >lata (#g0l)

C$ido de 0alcio (0aC)

Bromuro de >otasio (KBr)

C$ido de Linc (LnC)

C$ido de Berilio (BeC)

0loruro de 0o"re (0u0l')

2.$ ENLACE COVALENTE


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Enlace covalente

El enlace covalente& se forma por comparticin de electrones entre dos tomos de

forma que, una vez formado el enlace, pertenecen a los dos tomos que se unen.

Este tipo de enlace lo encontramos cuando se unen tomos electronegativos entre s o

en la unin de estos tomos con el hidrgeno, es decir, en uniones entre tomos no

metlicos. Gan lugar a la formacin de molculas.

En!ce co6!ente *,-+!e


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Es el tipo de enlace que ocurre cuando lo dos tomos precisan adicionar electrones en

sus ltimas capas. olamente compartiendo es que se puede asegurar que estos

tomos alcancen la cantidad de electrones necesarios en sus ltimas capas. 0ada uno

de los tomos involucrados entra con un electrn para la formacin de un par

compartido, que a partir de la formacin pasar a pertenecer a am"os de los tomos.

Ccurre entre 3o metales y 3o metales9 3o metales e Hidrgeno9 y entre Hidrgeno eHidrgeno.

El Hidrgeno posee solamente una capa conteniendo un nico electrn, compartiendo

4 electrn, alcanza la cantidad necesaria para la capa K, que es de dos electrones.

os electrones compartidos pasan a ser contados para las electro esferas de los dos

tomos participantes en el enlace.

En!ce Co6!ente Do!e


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En un enlace covalente do"le, los ncleos de los tomos comparten ms que dos

electrones.

E/. Iolcula de C$geno

L@1

Gistri"ucin electrnica Q RA N 'A6

0omo el tomo de o$geno tiene seis electrones de valencia, va a compartir dos

electrones con el otro tomo.

0ada tomo de o$geno pasa a quedarse con ocho electrones de valencia,

adquiriendo la configuracin electrnica de un gas no"le (muy esta"le).

En!ce Co6!ente T,+!e

E/. Iolcula de 3itrgeno (3)

L@

Gistri"ucin Electrnica RA N 'A:

0omo el tomo tiene : electrones de valencia, va a compartir tres electrones con el

otro tomo de nitrgeno.

En este enlace, son compartidos tres pares de electrones. El tomo de hidrgeno pasa

a tener ocho electrones de valencia, configuracin seme/ante a la de un gas no"le.

Enlace 0ovalente imple #polar

E/. Iolcula de Hidrgeno (H') RA N H + H

El enlace covalente es entre tomos iguales&

a nu"e electrnica est igualmente distri"uida por los ncleos de los tomos9 Estando

la nu"e electrnica enlazada, no se formarn polos y el enlace se vuelve un covalente

simple apolar.

En!ce co6!ente* coo),n)o*


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E$iste un tipo especial de enlace covalente en el cual, en lugar de aportar un electrn

cada tomo del enlace, los dos electrones son aportados por el mismo tomo. Este

tipo de enlace reci"e el nom"re de enlace covalente coordinado o enlace covalente

dativo.

Mam"in se puede representar el enlace covalente coordinado con los diagramas o

estructuras de e-is, aunque es ha"itual hallarlo, adicionalmente, encerrado entre

corchetes, dado que ha"itualmente se trata de iones poli atmicos.

Gos e/emplos de iones ha"ituales que presentan enlace covalente coordinado son el

ion hidronio o hidrogenin (HFCD, el que se forma cuando un cido cede su protn,

HD, en agua) y el catin amonio, 3H7D (que es el resultado de que el amonaco se

comporte como "ase captando un HD).

4s4, le quitamos el nico electrn que tiene para dar el ion hidrgeno o protn, HD, nole quedan electrones con los que formar enlace covalente simple, por lo que la nica

opcin que le queda es formar un enlace covalente coordinado en el cual los dos

electrones sean aportados por otra especie. Ge este modo, esta otra especie de"e,

necesariamente, disponer de pares de electrones li"res o no enlazantes.

#s, el in o$onio, HFCD, resulta de la adicin de un HD a una molcula de agua, H'C.

a estructura de e-is del ion hidronio es&

Estructura de e-is del ion hidronio u o$onio

Iientras que el ion amonio, 3H7D, resulta de la adicin de un HD a una molcula de

amonaco, 3HF. a estructura de e-is del ion amonio es&

2.7 PROPIEDADES DE LOS ENLACES IONICOS ( COVALENTES


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PROPIEDADES DE LOS ENLACES IONICOS

S on slidos de estructura cristalina en el sistema c"ico.

S #ltos puntos de fusin (entre FPP T0 o 4PPP T0)' y e"ullicin.

S on enlaces resultantes de la interaccin entre losmetales de los grupos % y %% y

los no metales de los grupos % y %%.

S on solu"les, como en agua y otras disoluciones acuosas.

S 8na vez fundidos o en solucin acuosa, s conducen la electricidad.

En estado slido no conducen la electricidad. i utilizamos un "loque de sal como

parte de un circuito en lugar del ca"le, el circuito no funcionar. #s tampoco

funcionar una "om"illa si utilizamos como parte de un circuito un cu"o de agua, perosi disolvemos sal en a"undancia en dicho cu"o, la "om"illa del circuito se encender.

Esto se de"e a que los iones disueltos de la sal son capaces de acudir al polo opuesto

(a su signo) de la pila del circuito y por ello ste funciona.

PROPIEDADES DE LOS ENLACES COVALENTES


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ustancias covalentes moleculares& los enlaces covalentes forman molculas que

tienen las siguientes propiedades&

S Memperaturas de fusin y e"ullicin "a/as.

S En condiciones normales (': T0 apro$.) pueden ser slidos, lquidos o

gaseosos

S on "landos en estado slido.

S on aislantes de corriente elctrica y calor.

S olu"ilidad& las molculas polares son solu"les en disolventes polares y las

apolares son solu"les en disolventes apolares (seme/ante disuelve a

seme/ante).;edes& #dems las sustancias covalentes forman redes, seme/antes a los

compuestos inicos, que tienen estas propiedades&

S Elevadas temperaturas de fusin y e"ullicin.

S on slidos.

S on sustancias muy duras (e$cepto el grafito).

S on aislantes (e$cepto el grafito).

S on insolu"les.

S on neocloridas.

2.11 ENLACE METALICO ( TEORIA DE /ANDA


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Q4e e* 4n en!ce -et!,co

8n enlace metlico es un enlace qumico que mantiene unidos los tomos (unin entre

ncleos atmicos y los electrones de valencia, que se /untan alrededor de stos como

una nu"e) de los metales entre s.

Estos tomos se agrupan de forma muy cercana unos a otros, lo que produce

estructuras muy compactas. e trata de lneas tridimensionales que adquieren

estructuras tales como& la tpica de empaquetamiento compacto de esferas (he$agonal

compacta), c"ica centrada en las caras o la c"ica centrada en el cuerpo.

En este tipo de estructura cada tomo metlico est dividido por otros doce tomos

(seis en el mismo plano, tres por encima y tres por de"a/o). #dems, de"ido a la "a/a

electronegatividad que poseen los metales, los electrones de valencia son e$trados

de sus or"itales. Este enlace slo puede estar en sustancias en estado slido.4

os metales poseen algunas propiedades caractersticas que los diferencian de los

dems materiales. uelen ser slidos a temperatura am"iente, e$cepto el mercurio, y

tienen un punto de fusin alto.

NATURALE8A DEL ENLACE METALICO


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3aturaleza del enlace& ;ed cristalina de iones metlicos (elementos muy

electropositivos) donde los electrones de valencia se intercam"ian rpidamente.

E/emplos se su"stancias que lo presentan& todos los metales, #u, 3a, e, #g,

aleaciones como aceros, amalgamas de mercurio, co"re y sus aleaciones 0u R Ln,

0uR3i, 0u R n, etc.

>ropiedades derivadas de este tipo de enlace. >untos de fusin, e"ullicin elevada,

"rillo metlico, dureza, malea"ilidad (laminados, estira/e, do"lado), ductilidad (hilos,

alam"res), alta conductividad trmica y elctrica.

Ctra manera de descri"ir el enlace metlico es la e$istencia de iones positivos en un


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Esta teora representa un modelo ms ela"orado para e$plicar la formacin del enlace

metlico9 se "asa en la teora de los or"itales moleculares. Esta teora mantiene que

cuando dos tomos enlazan, los or"itales de la capa de valencia se com"inan para

formar dos or"itales nuevos que pertenecen a toda la molcula, uno que se denomina

enlazante (de menor energa) y otro antienlazante (de mayor energa). i se

com"inasen F tomos se formaran F or"itales moleculares, con una diferencia deenerga entre ellos menor que en el caso anterior. En general, cuando se com"inan 3

or"itales, de otros tantos tomos, se o"tienen 3 or"itales moleculares de energa muy

pr$ima entre s, constituyendo lo que se llama una ?"anda?

En los metales, la "anda de valencia est llena o parcialmente llena9 pero en estas

sustancias, la diferencia energtica entre la "anda de valencia y la de conduccin es

nula9 es decir estn solapadas. >or ello, tanto si la "anda de valencia est total o

parcialmente llena, los electrones pueden moverse a lo largo de los or"itales vacios y

conducir la corriente elctrica al aplicar una diferencia de potencial.

En el caso de los aislantes la "anda de valencia est completa y la de conduccin

vaca9 pero a diferencia de los metales, no slo no solapan sino que adems hay una

importante diferencia de energa entre una y otra (hay una zona prohi"ida) por lo que

no pueden producirse saltos electrnicos 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 elctrica.

8n caso intermedio lo constituyen los semiconductores, en el caso de las sustancias

de este tipo, la "anda de valencia tam"in est llena y hay una separacin entre las

dos "andas, pero la zona prohi"ida no es tan grande, energticamente ha"lando, y

algunos electrones pueden saltar a la "anda de conduccin. Estos electrones y los

huecos de/ados en la "anda de valencia permiten que haya cierta conductividad

elctrica. a conductividad en los semiconductores aumenta con la temperatura, ya

que se facilitan los saltos de los electrones a la "anda de conduccin. on e/emplos de

semiconductores& 2e, i, 2a#s y %n".

Efectos& los efectos son inmediatos, claramente visi"les, generan grandes cantidades

de calor y en ellas, de"ido a la elevacin de la temperatura, se puede producir la

llama9 a este tipo de reacciones se les llama reacciones de com"ustin. Mam"in se

corroe el metal.

CONDUCTORES METALICOS


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os conductores metlicos pueden ser slidos o lquidos, puros o aleados, pero todos

presentan las siguientes caractersticas fundamentales&A su conductividad elctrica es

grande pero no infinita9 ella es del orden de 4P6 a 4P1 Um a la temperatura am"iente

y puede superar los 4P44 4P4' Um a temperaturas cercanas a P?K

Ala conductividad elctrica se de"e a la presencia de una "anda de valencia nosaturada de electrones en la estructura atmica o traslapada con "andas superiores

vacas9 esto permite que los electrones de esta "anda pasen fcilmente de un tomo a

otro por efecto de un campo elctrico.

En los conductores metlicos la conduccin es electrnica, es decir, los portadores de

cargas son electrones li"res. >ertenecen a este grupo los metales y aleaciones. e

suele ha"lar en estos casos de conduccin metlica.

2.12 ELEMENTOS SEMICONDUCTORES ( AISLANTES


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FUER8AS INTERMOLECULARES

Gentro de una molcula, los tomos estn unidos mediante fuerzas intramoleculares

(enlaces inicos, metlicos o covalentes, principalmente). Estas son las fuerzas que se

de"en vencer para que se produzca un cam"io qumico. on estas fuerzas, por tanto,

las que determinan las propiedades qumicas de las sustancias.

in em"argo e$isten otras fuerzas intermoleculares que actan so"re distintas

molculas o iones y que hacen que stos se atraigan o se repelan. Estas fuerzas son

las que determinan las propiedades fsicas de las sustancias como, por e/emplo, el

estado de agregacin, el punto de fusin y de e"ullicin, la solu"ilidad, la tensin

superficial, la densidad, etc.

>or lo general son fuerzas d"iles pero, al ser muy numerosas, su contri"ucin es

importante. a figura inferior resume los diversos tipos de fuerzas intermoleculares.

>incha en los recuadros para sa"er ms so"re ellas.

FUER8AS DE VAN DER AALS


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FUER8A DE DIPOLO9DIPOLO

8na molcula es un dipolo cuando e$iste una distri"ucin asimtrica de los electrones

de"ido a que la molcula est formada por tomos de distinta electronegatividad.

0omo consecuencia de ello, los electrones se encuentran preferentemente en las

pro$imidades del tomo ms electronegativo. e crean as dos regiones (o polos) en la

molcula, una con carga parcial negativa y otra con carga parcial positiva (igura

inferior izquierda).

0uando dos molculas polares (dipolos) se apro$iman, se produce una atraccin entre

el polo positivo de una de ellas y el negativo de la otra. Esta fuerza de atraccin entre

dos dipolos es tanto ms intensa cuanto mayor es la polarizacin de dichas molculas

polares o, dicho de otra forma, cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividadentre los tomos enlazados (igura inferior derecha).

PUENTE DE HIDROGENO


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os puentes de hidrgeno constituyen un caso especial de interaccin dipoloAdipolo

(igura de la derecha). e producen cuando un tomo de hidrgeno est unido

covalentemente a un elemento que sea&

Iuy electronegativo y con do"letes electrnicos sin compartir de muy peque!o tama!o

y capaz, por tanto, de apro$imarse al ncleo del hidrgeno

Estas condiciones se cumplen en el caso de los tomos de , C y 3.

El enlace que forman con el hidrgeno es muy polar y el tomo de hidrgeno es un

centro de cargas positivas que ser atrado hacia los pares de electrones sin compartir

de los tomos electronegativos de otras molculas (igura de la izquierda). e trata de

un enlace d"il (entre ' y 4P KcalUmol). in em"argo, como son muy a"undantes, su

contri"ucin a la cohesin entre "iomolculas es grande.

2.1# ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES


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8na celda unitaria es la unidad estructural que se repite en un slido, cada slido

cristalino se representa con cada uno de los siete tipos de celdas unitarias que e$isten

y cualquiera que se repita en el espacio tridimensional forman una estructura divida en

peque!os cuadros. # un modelo simtrico, que es tridimensional de varios puntos que

define un cristal se conoce como una red cristalina.

a clasificacin que se puede hacer de materiales, es en funcin de cmo es la

disposicin de los tomos o iones que lo forman.

i estos tomos o iones se colocan ordenadamente siguiendo un modelo que se

repite en las tres direcciones del espacio, se dice que el material es cristalino

i los tomos o iones se disponen de un modo totalmente aleatorio, sin seguir ningn

tipo de secuencia de ordenamiento, estaramos ante un material no cristalino amorfo.

>or conveniencia la mayora de los materiales de la ingeniera estn divididos en&

Iateriales metlicos& estos materiales son sustancias inorgnicas que estn

compuestas de uno o ms elementos metlicos, pudiendo contener tam"in algunos

elementos no metlicos, e/emplo de elementos metlicos son hierro co"re, aluminio,

nquel y titanio mientras que como elementos no metlicos podramos mencionar al

car"ono.

os materiales de cermica& como los ladrillos, el vidrio la loza, los aislantes y los

a"rasivos, tienen escasas conductividad tanto elctrica como trmica y aunque

pueden tener "uena resistencia y dureza son deficientes en ductilidad, conforta"ilidad

y resistencia al impacto.

>olmeros, en estos se incluyen el caucho (el hule), los plsticos y muchos tipos de

adhesivos. e producen creando grandes estructuras moleculares a partir de

molculas orgnicas o"tenidas del petrleo o productos agrcolas.

2.1". ESTADO SOLIDO &CRISTALINO'


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os slidos se pueden dividir en dos formas& en amorfos y cristalinos.

8n slido cristalino& e caracteriza por poseer rigidez y orden de largo alcance9 sus

molculas, tomos o iones ocupan posiciones especficas. El centro de cada una de

las posiciones se llama punto reticular, y el orden geomtrico de estos puntos

reticulares se llama estructura cristalina. on e/emplos de estos slidos las salesinorgnicas, los metales, muchos compuestos orgnicos, los gases solidificados (hielo

seco& di$ido de car"ono), etc.

lidos #morfos& us molculas carecen de disposicin definida, de orden molecular

de largo alcance. E/emplo& el vidrio, el fsforo ro/o, la resina, el azufre amorfo y

muchos materiales plsticos.

Ccte*t,c* )e !o* *;!,)o* c,*t!,no*


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En el estado slido, las molculas, tomos o iones que componen la sustancia

considerada estn unidos entre s por fuerzas relativamente intensas, formando un

todo compacto. a mayor pro$imidad entre sus partculas constituyentes es una

caracterstica de los slidos y permite que entren en /uego las fuerzas de enlace que

ordenan el con/unto, dando lugar a una red cristalina. En ella las partculas ocupan

posiciones definidas y sus movimientos se limitan a vi"raciones en torno a los vrticesde la red en donde se hallan situadas. >or esta razn las sustancias slidas poseen

forma y volumen propios.

a mayor parte de los slidos presentes en la naturaleza es cristalina aun cuando en

ocasiones esa estructura ordenada no se refle/e en una forma geomtrica regular

aprecia"le a simple vista. Ello es de"ido a que con frecuencia estn formados por un

con/unto de peque!os cristales orientados de diferentes maneras, en una estructura

poli cristalina. os componentes elementales de una red cristalina pueden ser tomos,

molculas o iones, de ah que no se pueda ha"lar en general de la molcula de un

cristal, sino ms "ien de un retculo elemental o celdilla unidad, que se repite una y

otra vez en una estructura peridica o red cristalina.

Modos los slidos cristalinos presentan una estructura peridica, por lo que un electrn

genrico que se viese sometido a la influencia de la red cristalina poseera una energa

potencial que variara tam"in de una forma peridica en las tres direcciones del

espacio. Esta situacin se traduce, de acuerdo con la mecnica cuntica, en que cada

uno de los niveles de energa que correspondera a un tomo aislado se desdo"la

tanto ms cuanto mayor es el nmero 3 de tomos constitutivos de la red, dando lugar

a una serie de niveles prcticamente contiguos que en con/unto constituyen una "anda

de energa.

ESTADO VITREO


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El estado vtreo es amorfo, caracterizado por la rpida ordenacin de las molculas

para o"tener posiciones definidas.

os cuerpos en estado vtreo se caracterizan por presentar un aspecto slido con

cierta dureza y rigidez y que ante esfuerzos e$ternos moderados se deforman de

manera generalmente elstica. in em"argo, al igual que los lquidos, estos cuerposson pticamente istropos, transparentes a la mayor parte del espectro

electromagntico de radiacin visi"le. 0uando se estudia su estructura interna a travs

de medios como la difraccin de rayos V, da lugar a "andas de difraccin difusas

similares a las de los lquidos. i se calientan, su viscosidad va disminuyendo

paulatinamente +como la mayor parte de los lquidosA hasta alcanzar valores que

permiten su deformacin "a/o la accin de la gravedad, y por e/emplo tomar la forma

del recipiente que los contiene como verdaderos lquidos. 3o o"stante, no presentan

un punto claramente marcado de transicin entre el estado slido y el lquido o ?punto

de fusin?.

Modas estas propiedades han llevado a algunos investigadores a definir el estado

vtreo no como un estado de la materia distinto, sino simplemente como el de un

lquido su" enfriado o lquido con una viscosidad tan alta que le confiere aspecto de

slido sin serlo. Esta hiptesis implica la consideracin del estado vtreo como un

estado metasta"le al que una energa de activacin suficiente de sus partculas

de"era conducir a su estado de equili"rio, es decir, el de slido cristalino.

PROPIEDADES CARACTERISTICAS DE UN MATERIAL VITREO


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Estado de la materia caracterizado por poseer una disposicin atmica que no

muestra una estructura ordenada de largo alcance, como es caracterstico del estado

cristalino. El aspecto atmico es el de un lquido, con los tomos distri"uidos en

posiciones aleatorias y cuyo nico rasgo de cierta regularidad es una separacin entre

tomos vecinos apro$imadamente constante. in em"argo, el tiempo de permanencia

de estos tomos en sus posiciones de equili"rio es relativamente.

>odemos definir a un vidrio como un lquido que ha perdido su ha"ilidad para fluir, o

"ien, como un material slido amorfo con caractersticas estructurales de lquido y que

presenta una transicin vtrea. a manera ms fcil de formar un vidrio es enfriando un

lquido lo suficientemente rpido para evitar que la cristalizacin ocurra.

>ara entender el proceso de transformacin de lquido a vidrio se pueden monitorear

los cam"ios de entalpa o volumen en funcin de la temperatura. a figura 4 muestra

cmo, al "a/ar la temperatura de un lquido, dos cosas pueden ocurrir&

4) i el lquido cristaliza, se o"serva una discontinuidad en la propiedad o"servada a la

temperatura de fusin (lnea punteada), correspondiente a una transformacin de

primer orden.

') i la cristalizacin es


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En cristalografa, rama de la fsica de los slidos, tradicionalmente se distinguen dos

tipos de estructura& amorfa y cristalina. a estructura amorfa, de la que el vidrio es un

e/emplo ha"itual, se presenta como un amontonamiento catico de su"estructuras

idnticas.

>or otra parte, en los cristales se distingue un orden a larga distancia, con una

organizacin rigurosamente peridica de las su"estructuras, en tanto que en las

estructuras amorfas, las su"estructuras siguen lneas que"radas al azar y el orden

slo se discierne a corta distancia.

En la difraccin tam"in se refle/a esta diferencia9 la imagen que produce un haz de

partculas, fotones, electrones, neutrones, que incide en un cristal amorfo conlleva un

punto de impacto central, que corresponde a las partculas no desviadas, rodeado de

anillos que corresponden a las distancias medias que son las ms frecuentes entre los

tomos. >ero, cuando el haz incide en un cristal, la perfecta periodicidad de lasestructuras atmicas implica difracciones regulares de las partculas, que tienen lugar

en direcciones privilegiadas y caractersticas de la estructura del cristal. a imagen se

aseme/a a una re/illa, en la que se distinguen unos puntos espaciados de forma

regular que se llaman refle$iones de Bragg.

De*c,+c,;n )e !* +o+,e))e* )e !o* *;!,)o* -o


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8n slido amorfo consiste en partculas acomodadas en forma irregular y por ello no

tienen el orden que se encuentra en los cristales. E/emplos de slidos amorfos son el

vidrio y muchos plsticos. os slidos amorfos difieren de los cristalinos por la manera

en que se funden. i controlamos la temperatura de un slido cristalino cuando sefunde, encontraremos que permanece constante. os slidos amorfos no tienen

temperatura de fusin "ien definida9 se suavizan y funden en un rango de temperatura

y no tienen


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a materia mineral est constituida por elementos qumicos.

Estos elementos pueden estar ordenados segn formas geomtricas definidas,

estructura cristalina, o pueden estar desordenados, estructura amorfa.

os minerales con estructura amorfa son poco frecuentes, un e/emplo es el palo.

a mayora de los minerales tienen estructura cristalina, aunque sta no quede

refle/ada en su estructura macroscpica. 0uando la estructura cristalina es evidente a

simple vista ha"lamos de cristales.

>ara que se forme un cristal se requiere& espacio y tiempo suficiente, lo ms frecuente

es que an teniendo una estructura interna cristalina su aspecto e$terno no la refle/e.

2.17 METALURGIA. PRINCIPALES METALES ( ALEACIONES UTILI8ADAS EN LA

INDUSTRIA


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a metalurgia es la ciencia y tcnica de la o"tencin y tratamiento de los metales

desde minerales metlicos hasta los no metlicos. Mam"in estudia la produccin de

aleaciones, el control de calidad de los procesos vinculados as como su control contra

la corrosin. #dems de relacionarse con la industria metalrgica.

Ietal se usa para denominar a los elementos qumicos caracterizados por ser "uenos

conductores del calor y la electricidad, poseen alta densidad, y son slidos en

temperaturas normales (e$cepto el mercurio)9 sus sales forman iones electropositivos

(cationes) en disolucin.

Ietales que estn destinados a un uso especial, son el antimonio, el cadmio o el litio.

os pigmentos amarillos y anaran/ados del cadmio son muy "uscados por su gran

esta"ilidad, como proteccin contra la corrosin, para las soldaduras y las aleaciones

correspondientes y en la fa"ricacin de "ateras de nquel y cadmio, consideradas

e$celentes por la seguridad de su funcionamiento. Mam"in se le utiliza como

esta"ilizador en los materiales plsticos (>0) y como aleacin para me/orar las

caractersticas mecnicas del alam"re de co"re. u produccin se lleva a ca"o en el

momento de la refinacin de zinc, con el que est ligado, se trata de un contaminante

peligroso.

El litio, metal ligero, se emplea principalmente en la cermica y en los cristales, como

catalizador de polimerizacin y como lu"ricante, as como para la o"tencin del

aluminio mediante electrlisis. Mam"in se emplea para soldar, en las pilas y en las

"ateras para relo/es, en medicina (tratamiento para los manacoAdepresivos) y en

qumica.

El nquel, a causa de su elevada resistencia a la corrosin, sirve para niquelar los

o"/etos metlicos, con el fin de protegerlos de la o$idacin y de darles un "rillo

inaltera"le en la intemperie.

El denominado ?hierro "lanco? es, en realidad, una lamina de acero dulce que reci"e

un "a!o de cloruro de zinc fundido, y a la que se da despus un revestimiento especial

de esta!o.

a metalurgia es la disciplina, dentro del dominio de la ciencia de materiales, que

estudia el comportamiento de los elementos metlicos, los compuestos intermetWlXlics


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y sus aleaciones. Mam"in es la tecnologa de los metales, la manera de aplicar la

ciencia para su utilizacin prctica, su e$traccin, transformacin y ela"oracin.

os metales son los elementos qumicos de mayor utilizacin& con fines estructurales

en edificios y medios de transporte, como conductores de calor y electricidad, etc. os

metales se caracterizan por tener un "rillo especial, llamado metlico, y por ser "uenosconductores de la electricidad y del calor. Esta gran conducti"ilidad, comparada con la

de los no metales, se de"e pro"a"lemente a la e$istencia de electrones li"res en su

interior. #dems los metales tienen una molcula monoatmica y originan los

hidr$idos al disolverse los $idos metlicos en agua. #lgunos metales se presentan

en estado li"re como el oro, pero otros aparecen en estados de $idos, sulfuros,

car"onatos, fluoruros, cloruros. etc.

8na aleacin es una mezcla slida homognea de dos o ms metales, o de uno o ms

metales con algunos elementos no metlicos. e puede o"servar que las aleaciones

estn constituidas por elementos metlicos en estado elemental (estado de o$idacin

nulo), por e/emplo e, #l, 0u, >". >ueden contener algunos elementos no metlicos

por e/emplo >, 0, i, , #s. >ara su fa"ricacin en general se mezclan los elementos

llevndolos a temperaturas tales que sus componentes se fundan. as aleaciones

presentan "rillo metlico y alta conductividad elctrica y trmica, aunque usualmente

menor que los metales puros.

a industria de la metalurgia trata metales como el aluminio, el cromo, el co"re, el

hierro, el magnesio, el nquel, el titanio o el zinc que sue!o utilizados principalmente en

aleaciones. 8no de las aleaciones ms importantes es el acero y se han dedicado

muchos esfuerzos para comprender las posi"ilidades de las com"inaciones de hierro y

car"ono, entre los que se encuentran el acero, la fundicin o el hierro dctil, estas

aleaciones son utilizadas cuando el peso y la corrosin no son un pro"lema. El acero

ino$ida"le o el acero galvanizado son utilizados cuando es importante disponer de una

gran resistencia a la corrosin. as aleaciones de aluminio y magnesio se utilizan en

aplicaciones que requieren fuerza y ligereza.

as aleaciones de cocer y nquel (como el Ionel) son utilizados en am"ientes muycorrosivos y en aplicaciones donde hacen falta materiales no magnticos. >or su

parte, los superaliatges "asados en nquel, como el %nconel, se utilizan en aplicaciones

donde hay altas temperaturas, como los tur"ocompresores o los intercam"iadores de

calor


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2.20 CERAMICA. PRINCIPALES MATERIALES CERAMICOS UTILI8ADOS EN LA

INDUSTRIA. ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES

a pala"ra cermica (derivada del griego YZ[\]^Y_` eramios, ?sustancia quemada?)

es el trmino que se aplica de una forma tan amplia que ha perdido "uena parte de su

significado. 3o slo se aplica a las industrias de silicatos (grupo de minerales demayor a"undancia, pues constituyen ms del 5:b de la corteza terrestre), sino

tam"in a artculos y recu"rimientos aglutinados por medio del calor, con suficiente

temperatura como para dar lugar al sinterizado. Este campo se est ampliando

nuevamente incluyendo en l a cementos y esmaltes so"re metal.

os materiales cermicos son materiales inorgnicos no metlicos, constituidos por

elementos metlicos y no metlicos enlazados principalmente mediante enlaces

inicos yUo covalentes. as composiciones qumicas de los materiales cermicos

varan considera"lemente, desde compuestos sencillos a mezclas de muchas fasescomple/as enlazadas.

as propiedades de los materiales cermicos tam"in varan mucho de"ido a

diferencias en los enlaces. En general, los materiales cermicos son tpicamente duros

y frgiles con "a/a tenacidad y ductilidad. os materiales cermicos se comportan

usualmente como "uenos aislantes elctricos y trmicos de"ido a la ausencia de

electrones conductores, normalmente poseen temperaturas de fusin relativamente

altas y, asimismo, una esta"ilidad relativamente alta en la mayora de los medios ms

agresivos de"ido a la esta"ilidad de sus fuertes enlaces. Ge"ido a estas propiedades

los materiales cermicos son indispensa"les para muchos de los dise!os en

ingeniera.

En general, los materiales cermicos usados para aplicaciones en ingeniera pueden

clasificarse en dos grupos& materiales cermicos tradicionales y materiales cermicos

de uso especfico en ingeniera. 3ormalmente los materiales cermicos tradicionales

estn constituidos por tres componentes "sicos& arcilla, slice (pedernal) y feldespato.

E/emplos de cermicos tradicionales son los ladrillos y te/as utilizados en las industrias

de la construccin y las porcelanas elctricas de uso en la industria elctrica. as

cermicas ingenieriles, por el contrario, estn constituidas, tpicamente, por

compuestos puros o casi puros tales como o$ido de aluminio (#l'CF), car"uro de

silicio (i0), y nitruro de silicio (iF37). E/emplos de aplicacin de las cermicasingenieriles en tecnologa punta son el car"uro de silicio en las reas de alta

temperatura de la tur"ina del motor de gas, y el $ido de aluminio en la "ase del

soporte para los circuitos integrados de los chips en un mdulo de conduccin trmica.

Mte,!e* = +!,cc,one* 6n>)*


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os cermicos avanzados incluyen los car"uros, los "oruros, los nitruros y los $idos.

2eneralmente estos materiales se seleccionan tanto por sus propiedades mecnicas

como fsicas a altas temperaturas.

8n e$tenso grupo de cermicos avanzados se usa en aplicaciones no estructurales,

aprovechando sus nicas propiedades magnticas, electrnicas y pticas, su "uenaresistencia a la corrosin a alta temperatura, su capacidad de servir como sensores en

la deteccin de gases peligrosos y por ser adecuados para dispositivos de prtesis y

otros

Documents

Enlaces Quimicos y El Estado Solido Cristalino