Este documento describe la estructura de los sólidos cristalinos y amorfos. Los sólidos cristalinos tienen átomos u otras partículas ordenadas en una estructura repetitiva llamada celda unitaria, mientras que los sólidos amorfos carecen de orden a larga distancia. Se describen varios tipos de celdas unitarias y sus estructuras de empaquetamiento, así como diferentes tipos de cristales como iónicos, covalentes, moleculares y metálicos. Finalmente, se explica que el vidrio es un ejemplo

1. ESTRUCTURA DE LOS SÓLIDOS
TEMA 3

2. TIPOS DE SÓLIDOS
Sólidos cristalinos
Los átomos, iones o moléculas se empaquetan en un
arreglo ordenado
Sólidos covalentes ( diamante, cristales de cuarzo), sólidos metálicos,
sólidos iónicos.
Sólidos amorfos
No presentan estructuras ordenadas
Vidrio y hule

3. SÓLIDOS CRISTALINOS
Estructura de los sólidos cristalinos
Celda unitaria
Es la unidad estructural de un sólido cristalino. Mínima unidad que da
toda la información acerca de la estructura de un cristal

4. SÓLIDOS CRISTALINOS
Estructura de los sólidos cristalinos
Celda unitaria

5. SÓLIDOS CRISTALINOS
La estructura del sólido cristalino se representa mediante
la repetición de la celda unidad en las tres direcciones
del espacio
Celda Translación Translación Translación
unidad eje y eje X eje Z

6. SÓLIDOS CRISTALINOS
Tipos de celdas unitarias
Sistemas
cúbico a=b=c α = β = γ =90º
tetragonal a=b≠c α = β = γ =90º
ortorrómbico a≠b≠c α = β = γ =90º
monoclínico a≠b≠c α = γ =90º β≠90º
triclínico a≠b≠c α ≠ β ≠ γ ≠90º
hexagonal a = b ≠c α = β =90º γ =120º
romboédrico a=b=c α=β= γ ≠90º

7. SÓLIDOS CRISTALINOS
Empaquetamientos de esferas
Las esferas se empacan de forma distinta. Cada arreglo distinto
presenta un número de coordinación
Empaquetamiento no compacto
– Celda unitaria Celda cúbica simple
– Celda unitaria Celda cúbica centrada en el cuerpo
Empaquetamiento compacto
– Celda unitaria Celda cúbica centrada en las caras (ABC)
– Celda unitaria Celda hexagonal compacta (ABA)

8. SÓLIDOS CRISTALINOS
Celda cúbica simple (sc)
Ejemplos : α-Po, Hg

9. SÓLIDOS CRISTALINOS
Celda cúbica simple (sc)
r
a

10. SÓLIDOS CRISTALINOS
Celda cúbica centrada en el cuerpo (bcc)
Ejemplos: Fe, Cr, Mo, W, Ta, Ba

11. SÓLIDOS CRISTALINOS
Celda cúbica centrada en Cúbica centrada en el cuerpo
el cuerpo (bcc)
Nº de coordinación:8
Cúbica centrada en el cuerpo
Átomos por celda: 8 aristas*1/8 + 1centro =2
Relación de coordinación:8 arista y el radio del átomo:
Nº entre la longitud de
c b
3a
c r = Átomos por celda: 8 aristas*1/8 + 1centro =2
4
Relación entre la longitud de arista y el radio del átom
c b Eficacia del empaquetamiento: 68%
3a
r=
Vocupado 2( 4 3 ) πr 3 2( 4 3 ) πr 3 3π
b2=a2+a2 b =4 = = = 0.68
( 4r )
3
c2=a2+b2=3a2 Vcelda a 3 8
Eficacia del empaquetamiento: 68%
a
c= 4r =(3a2)1/2 3
2 2 2 Vocupado 2( 4 3 ) πr 3 2( 4 3 ) πr 3
b =a +a el cuerpo (BCC): Fe, Cr, Mo, W, Ta, Ba. 3π
Cúbica centrada en = = = = 0.68
( 4r )
3
2 2 2
c =a +b =3a 2 Vcelda a 3 8
c= 4r =(3a2)1/2 3

12. SÓLIDOS CRISTALINOS
Celda cúbica centrada en las caras (fcc) (Empaquetamiento
compacto ABC)

13. SÓLIDOS CRISTALINOS
Celda cúbica centrada en las caras (fcc)
Ejemplos: NaCl

14. SÓLIDOS CRISTALINOS
Celda cúbica centrada en las caras (fcc)
Cúbica centrada en las caras (F.C.C.):
Nº de coordinación:12
Átomos por celda: 8 aristas*1/8 + 6caras*1/2=4
Relación entre la longitud de arista y el
radio del átomo: (4r)2=a2+a2
4r
Eficacia del empaquetamiento: 74%
Vocupado 4 ⋅ ( 4 3 ) πr 3 ( 4 3) πr 3
= = = 0.74
Vcelda a 3 4r
a
21/ 2
bre

15. SÓLIDOS CRISTALINOS
Celda hexagonal compacta (hc) (Empaquetamiento compacto
ABA)

16. SÓLIDOS CRISTALINOS
Celda hexagonal compacta (hc)
Ejemplos: Be, Mg, Zn, Cd, Ti

17. SÓLIDOS CRISTALINOS
Celda hexagonal compacta (hc)
Hexagonal (h.c.):
Hexagonal (h.c.):
Nº de coordinación:12
Nº de coordinación:12
Átomos por celda: 2
Átomos por celda: 2
c
c Para el hexágono (3celdas):
Para el hexágono (3celdas):
12 vérticesx1/6 +2 carasx1/2 +3centro=6átomos
12 vérticesx1/6 +2 carasx1/2 +3centro=6átomos
Eficacia del empaquetamiento: 74%
Eficacia del empaquetamiento: 74%
Parámetros: a = ancho del hexágono
Parámetros: a = ancho del hexágono
a c= altura; distancia entre dos planos
a c= altura; distancia entre dos planos
razon axial c/a para esferas en contacto=1.633
Be c/a = 1.58
razon axial c/a para esferas en contacto=1.633
Cd c/a = 1.88
Be c/a = 1.58

18. SÓLIDOS CRISTALINOS
Tipos de cristales
Cristales iónicos
Características
– La cohesión se debe a enlaces iónicos (50-100 kJ/mol)
– Formados por especies cargadas
– Aniones y cationes de distinto tamaño
Propiedades
– Duros y quebradizos
– Puntos de fusión altos
– En estado líquido y fundido son buenos conductores de la
electricidad
Ejemplos
– NaCl, Al2O3, BaCl2, sales y silicatos

19. SÓLIDOS CRISTALINOS
Tipos de cristales
Cristales covalentes
Características
– La cohesión cristalina se debe únicamente a enlaces
covalentes (100-1000 kJ/mol)
Propiedades
– Duros e incompresibles
– Malos conductores eléctricos y del calor
Ejemplos
– 2 alótropos de carbón (Cgrafito y Cdiamante, cuarzo (SiO2)

20. SÓLIDOS CRISTALINOS
Tipos de cristales
Cristales covalentes
– 2 alótropos de carbón Cgrafito y Cdiamante

21. SÓLIDOS CRISTALINOS
Tipos de cristales
Cristales moleculares
Características
– Formados por moléculas
– Unidos por fuerzas de Vas der Waals (1 kJ/mol) o enlaces
por puentes de H
Propiedades
– Blandos, compresibles y deformables
– Puntos de fusión bajos
– Malos conductores del calor y electricidad
Ejemplos
– SO2, I2, H2O(s)

22. SÓLIDOS CRISTALINOS
Tipos de cristales
Cristales metálicos
Características
– Cada punto reticular está formado por un átomo de un
metal
– Los electrones se encuentran deslocalizados en todo el
cristal
Propiedades
– Resistentes debido a la deslocalización
– Debido a la movilidad de los electrones, buenos
conductores de la electricidad
Ejemplos
– Ca, Na, Li

23. SÓLIDOS AMORFOS
Los átomos o moléculas que lo forman no se encuentran
en posiciones fijas del cristal y por tanto, carecen de una
distribución tridimensional regular
Vidrio
Producto de fusión de materiales inorgánicos que se han enfriado a un
estado sólidos sin cristalizar
Sus principales componentes son
– SiO2, NaO2 y B2O3 fundidos
El color del vidrio es debido a la presencia de iones metálicos
– Fe2O3, CuO color verde
– UO2 color amarillo
– CoO, CuO color azul
– Au y Cu color rojo