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Asignatura: Física Moderna I
Docente: Ing. Henry López
Asunto: Informe de Exposición
Tema: Ligaduras en Sólidos
Alumno: Alvaro Noé Mejía López
Sección: A
Tegucigalpa, M.D.C., 15 de Abril de 2010
INDICE
Pág.
I. Introducción…………………………………................... 1
II. Objetivos…………………………………………………. 2
III. Desarrollo del Contenido………………………………. 3-6
IV. Conclusiones……………………………………………. 7
V. Bibliografía…………………………….………………… 8
VI. Anexos …………………………………………………... 9-10
I. INTRODUCCIÓN
Las ligaduras al igual que en las moléculas, se pueden presentar en la cohesión de
algunos sólidos, tales como los cristales, el diamante, el cobre, el oro, la plata, el sodio,
entre otros.
De manera que el presente informe está basado en la explicación de los diferentes tipos
de ligaduras que se pueden presentar en los sólidos.
Esperando que sea de su agrado paso al desarrollo del informe.
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II. OBJETIVOS
Conocer los diferentes tipos de ligaduras que existen en los sólidos.
Comprender la importancia de estas ligaduras en la formación de
diferentes sólidos.
Analizar la relación existente entre los esquemas de ligaduras iónicas y
covalentes de las moléculas con las ligaduras en los sólidos.
III. LIGADURAS EN SÓLIDOS
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Un solido cristalino consta de un gran número de átomos acomodados de forma regular, formando
una estructura periódica. Los esquemas de ligadura para algunas moléculas son también apropiadas
para describir varios sólidos. Para ejemplificar, los iones en el cristal de NaCl se encuentran
enlazados iónicamente, mientras que los átomos de carbón en la estructura del diamante forman
ligaduras covalentes. Otro tipo de ligadura es la ligadura metálica, responsable de la cohesión del
cobre, la plata, el sodio y otros metales.
SÓLIDOS IÓNICOS
Muchos cristales se forman por ligaduras iónicas, donde la interacción dominante es la interacción
de Coulomb entre los iones.
Estructura cristalina de Nacl:
En el cristal de NaCl cada ión Na+¿¿ tiene seis vecinos cercanos, los iones Cl−¿¿, y cada ión Cl– tiene
seis iones Na+¿¿ vecinos. Cada ión de Na+¿¿ es atraído hacia los seis iones Cl−¿¿. La energía
potencial atractiva esta dada por −6k e2/r, donde r es la separación Na+¿¿-Cl−¿¿. Además existen
12 iones Na+¿¿ a una distancia de √2r del Na+¿¿ los cuales producen una fuerza repulsiva más débil
sobre el ión Na+¿¿. Además, mas allá de estos 12 iones de Na+¿¿, se hallan más iones Cl– que
producen una fuerza atractiva, y así sucesivamente. El efecto neto de todas estas interacciones es
una energía potencial electrostática negativa resultante dada por:
U atractiva ¿−αk e2
r
Donde α es una constante llamada la constante de Madelung. El valor de α depende de la
intensidad de la interacción y de la estructura cristalina específica. Así, α=1.7476 para la estructura
de NaCl. Cuando los átomos son acercados, las subcapas no tienden a traslaparse debido al
principio de exclusión, el cual introduce un término de energía potencial repulsiva dado por β /rm . La
energía potencial total es por lo tanto:
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U total ¿−αk e2
r+ βrm
La energía potencial tiene un valor mínimo Uo a la separación de equilibrio, cuando r=ro. Uo está
dada por:
U o ¿−αke2
r 0(1− 1
m)
La energía Uo se llama energía de cohesión iónica del sólido, y su valor absoluto representa la
energía requerida para separar el sólido en una colección de iones positivos y negativos.
Los cristales iónicos tienen las siguientes propiedades generales:
Forman cristales relativamente estables y duros.
Son malos conductores eléctricos debido a que no tienen electrones libres
disponibles.
Tienen altas temperaturas de vaporización.
Son transparentes a la radiación visible, pero absorben fuertemente en la
región del infrarrojo.
Son bastante solubles en líquidos polares como el agua. La molécula de agua,
la cual tienen un momento dipolar eléctrico permanente, ejerce una fuerza
atractiva sobre los iones cargados, la cual rompe las ligadura iónicas y
disuelve el sólido.
CRISTALES COVALENTES
La ligadura covalente es muy fuerte y comparable con la ligadura iónica. El carbón sólido, en la
forma de diamante, es un cristal cuyos átomos se hallan enlazados de forma covalente. Dado que el
carbón tienen una configuración electrónica de 1 s22 s22 p2, carece de cuatro electrones con
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respecto a una capa llena (2 p6). Debido a esto los átomos del carbón tienen una fuerte atracción
entre sí.
En la estructura del diamante, cada átomos se halla enlazado en forma covalente con otros cuatro
átomos de carbón, localizados en las cuatro esquinas de un cubo. Para obtener tal configuración de
ligaduras, el electrón de cada átomo debe ser promovido a la configuración 1 s22 s 2 p3, la cual
requiere de una energía de 4 eV. En la estructura cristalina del diamante, cada átomo de carbón
forma ligaduras covalentes con los cuatro átomos vecinos más cercanos. La estructura básica del
diamante se llama tetraédrica (cada átomo de carbón se halla al centro de un tetraedro regular) y el
ángulo entre las ligaduras es 109.5˚. Otros cristales como el silicio y el germanio tienen estructuras
similares.
Las energías de cohesión de los sólidos covalentes son mayores que las de los sólidos iónicos, lo
que resulta en la dureza de los sólido covalentes. El diamante es particularmente duro, y tiene un
punto de fusión mucho muy alto (unos 4000 K). En general, los sólidos enlazados de forma
covalente son muy duros, tienen grandes energías de ligadura y altos puntos de fusión, son buenos
aisladores, así como transparentes a la luz visible.
SÓLIDOS METÁLICOS
Las ligaduras metálicas son por lo general más débiles que las ligaduras iónicas o covalentes. Los
electrones de valencia en un metal se hallan relativamente libres para moverse a través del material.
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Hay un gran número de tales electrones móviles en un metal, comúnmente uno o dos electrones por
átomo. La estructura metálica puede ser vista como un “mar” o un “gas” de electrones cuasi libres,
rodeados por una capa de iones positivos. El mecanismo de ligaduras en un metal es la fuerza
atractiva entre los iones positivos y el gas electrónico.
Los metales tienen una energía de cohesión del rango de 1 a 3 eV, lo cual es menor que las
energías cohesivas de los sólidos covalentes o sólidos. Debido a que los fotones visibles también
tienen energía en este rango, la luz interactúa fuertemente con los electrones libres en los metales.
De aquí, la luz es absorbida y reemitida bastante cerca de la superficie del metal, lo cual da por
resultado la naturaleza brillante de las superficies metálicas. Además de la alta conductividad
eléctrica de los metales, producida por los electrones libres, la naturaleza no direccional de la
ligadura metálica permite que muchos tipos diferentes de átomos metálicos sean disueltos en un
metal huésped en cantidades variables. Las soluciones sólidas resultantes o aleaciones pueden
diseñarse para tener propiedades estructurales útiles, como una gran fuerza y una baja densidad, ya
que estas propiedades tienden a cambiar en forma muy lenta y de manera controlada con la
composición de las aleaciones.
IV. CONCLUSIONES
Los tipos de ligaduras que existen en los sólidos son las iónicas, las
covalentes y las metálicas.
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Las ligaduras hacen posible la cohesión de varias partículas para lograr
así la formación de diferentes sólidos que son de gran utilidad en la vida
cotidiana.
Los esquemas de ligaduras iónicas y covalentes de las moléculas son
también apropiadas para describir las ligaduras en los sólidos ya que
ambas poseen muchas características similares.
V. BIBLIOGRAFIA
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R. A. Serway. Física, Incluye Física Moderna. Nueva Editorial
Interamericana, S.A.de C.V. México, 3 Ed. Tomo II 1985.
Zemansky, Sears; Frredman Young. Física Universitaria con Física
Moderna. Volumen 2. Undécima Edición. Pearson Educación, México.
2005.
VI. ANEXOS
ENLACE IÓNICO: SAL
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El enlace entre los átomos en la sal común (cloruro de sodio) es un típico enlace iónico.
En el enlace que se forma, el sodio se transforma en catión (ion de carga positiva)
entregando su electrón de valencia al cloro, que se convierte en anión (ion de carga
negativa). Este intercambio de electrones se refleja en la diferencia de tamaño entre los
átomos antes y después del enlace (izquierda). Atraídos por fuerzas electrostáticas
(derecha), los iones se organizan formando una red cristalina en la que cada uno es
fuertemente atraído hacia un grupo de ‘vecinos próximos’ de carga opuesta y, en menor
medida, hacia todos los demás iones de carga opuesta a través de todo el cristal.
ENLACE COVALENTE
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En un enlace covalente, los dos átomos enlazados comparten electrones. Si los átomos
del enlace covalente son de elementos diferentes, uno de ellos tiende a atraer a los
electrones compartidos con más fuerza, y los electrones pasan más tiempo cerca de
ese átomo; a este enlace se le conoce como covalente polar. Cuando los átomos
unidos por un enlace covalente son iguales, ninguno de los átomos atrae a los
electrones compartidos con más fuerza que el otro; este fenómeno recibe el nombre de
enlace covalente no polar o apolar.
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