Pregrado
  1. Química general  1.1. Introducción a la Química  1.2. Estructura atómica  1.2.1. Partículas subatómicas  1.2.2. Modelo Atómico  1.2.3. Números cuánticos  1.2.4. Configuración Electrónica  1.2.5. Tendencias periódicas  1.2.6. Isotopes and their applications  1.3. Enlace químico  1.3.1. Enlace iónico  1.3.2. Enlaces covalentes  1.3.3. Enlace Metálico  1.3.4. Hibridación  1.3.5. Geometría molecular y teoría VSEPR  1.3.6. Polaridad del enlace y momento dipolar  1.4. Estequiometría  1.4.1. Concepto de mol  1.4.2. Fórmula empírica y molecular  1.4.3. Reactante limitante y reactante en exceso  1.4.4. Porcentaje de Rendimiento y Pureza  1.4.5. Cálculo de dilución  1.5. Estados de la materia  1.5.1. Leyes de los Gases  1.5.2. Materia y Fuerzas Intermoleculares  1.5.3. Estructuras Sólidas y Cristalinas  1.5.4. Diagrama de fases  1.5.5. Plasma y fluido supercrítico  1.6. Reacciones químicas  1.6.1. Tipos de Reacciones Químicas  1.6.2. Balanceo de ecuaciones químicas  1.6.3. Reacciones termoquímicas  1.6.4. Perfiles de energía de reacción  1.7. Soluciones y mezclas  1.7.1. Unidades de concentración  1.7.2. Propiedades del síndrome  1.7.3. Solubilidad y Reglas de Solubilidad  1.7.4. La ley de Henry y la ley de Raoult  1.7.5. Coeficiente de partición  1.8. Equilibrio químico  1.8.1. La ley de acción de masas  1.8.2. El principio de Le Chatelier  1.8.3. Cociente de reacción  1.8.4. Para usar esta calculadora en línea para la constante de equilibrio, ingrese la constante de equilibrio (Eq.) y presione el botón de calcular. Aquí es cómo se puede explicar el cálculo de la constante de equilibrio con los valores de entrada dados -> 0.05 = 0.05/0.  1.8.5. Equilibrio ácido-base  1.9. Ácidos y bases  1.9.1. Definiciones de Arrhenius, Brønsted–Lowry y Lewis  1.9.2. pH y pOH  1.9.3. Titulación ácido-base  1.9.4. Solución Buffer  1.9.5. Indicador ácido-base  1.9.6. Polyprotic Acids and Bases  1.10. Electroquímica  1.10.1. reacciones redox  1.10.2. Celdas Galvánicas y Electrolíticas  1.10.3. Ecuación de Nernst  1.10.4. Electrólisis  1.10.5. Leyes de Faraday de la electrólisis  1.11. Termodinámica  1.11.1. Leyes de la Termodinámica  1.11.2. Entalpía, entropía y energía libre de Gibbs  1.11.3. Espontaneidad de las reacciones  1.11.4. Ciclos termodinámicos (Ley de Hess, ciclo de Carnot)  1.12. Cinética  1.12.1. La ley de velocidad y el orden de reacción  1.12.2. Energía de Activación y Catalizador  1.12.3. Teoría de colisiones  1.12.4. Mecanismo de reacción  1.12.5. Teoría del estado de transición
  2. Química orgánica  2.1. Estructura y relaciones  2.1.1. Hibridación en Compuestos de Carbono  2.1.2. Resonancia y aromatización  2.1.3. Orbitales moleculares  2.1.4. Efectos inductivo y mesomérico  2.2. Hidrocarburos  2.2.1. Hidrocarburos  2.2.2. Alqueno  2.2.3. Alquinos  2.2.4. Compuestos aromáticos  2.2.5. Cicloalcanos y Conformación  2.3. Grupo Funcional  2.3.1. Alcoholes y fenoles  2.3.2. Éteres y epóxidos  2.3.3. Aldehídos y cetonas  2.3.4. Ácidos carboxílicos y derivados  2.3.5. Aminas  2.3.6. Ésteres y amidas  2.3.7. Tioles y sulfuros  2.4. Estereoscópico  2.4.1. Isomería en Estereoquímica  2.4.2. Quiralidad y actividad óptica  2.4.3. Análisis estructural  2.4.4. Diastereómeros y Enantiómeros  2.5.1. Reacciones de sustitución  2.5.2. Reacciones de eliminación  2.5.3. Reacciones de adición  2.5.4. Reacciones radicales  2.5.5. Reacciones de reordenamiento  2.5.6. Reacciones Pericíclicas  2.6. Espectroscopía y análisis estructural  2.6.1. Espectroscopía Infrarroja  2.6.2. Espectroscopía por resonancia magnética nuclear  2.6.3. Espectrometría de masas  2.6.4. Espectroscopia UV-visible  2.6.5. Cristalografía de rayos X  2.7. Química de polímeros  2.7.1. Polímeros de Adición y Condensación  2.7.2. Mecanismo de polimerización  2.7.3. Polímero biodegradable  2.7.4. Polímeros conductores e inteligentes
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Ligandos y compuestos de coordinación  3.1.2. Teoría del campo cristalino  3.1.3. Teoría de Orbitales Moleculares en Compuestos de Coordinación  3.1.4. Distorsión de Jahn–Taylor  3.2. Química del grupo principal  3.2.1. Metales alcalinos y alcalinotérreos  3.2.2. Halógenos y Gases Nobles  3.2.3. Los metales de transición y sus complejos  3.2.4. Lantánidos y Actínidos  3.3. Solid state chemistry  3.3.1. Redes cristalinas y celdas unitarias  3.3.2. Defectos en sólidos  3.3.3. Propiedades eléctricas y magnéticas  3.3.4. Superconductividad  3.4. Química bioinorgánica  3.4.1. Iones metálicos en biología  3.4.2. Reacciones enzimáticas con metales  3.4.3. Intoxicación por metales y desintoxicación  3.4.4. Metaloproteínas y Metaloenzimas
  4. Química física  4.1. Química Cuántica  4.1.1. Dualidad onda-partícula  4.1.2. Ecuación de Schrödinger  4.1.3. Números Cuánticos y Orbitales  4.1.4. Espectroscopía atómica y molecular  4.2. Mecánica estadística  4.2.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  4.2.2. Funciones de partición  4.2.3. Estadísticas de Bose-Einstein y Fermi-Dirac  4.3. Termodinámica química  4.3.1. Energía Libre de Gibbs  4.3.2. Transición de fase  4.3.3. Eficiencia termodinámica  4.4. Química de superficies  4.4.1. Absorción y Catálisis  4.4.2. Coloides y Emulsiones
  5. Química Analítica  5.1. Métodos clásicos  5.1.1. Análisis Gravimétrico  5.1.2. titrímetro  5.2. Métodos instrumentales  5.2.1. Cromatografía  5.2.2. Espectroscopía  5.2.3. Métodos electroanalíticos  5.2.4. Difracción de rayos X
  6. Química Industrial  6.1. Petroquímica  6.2. Principios de ingeniería química  6.3. Química Verde  6.4. Farmacéuticos y Síntesis de Medicamentos
  7. Bioquímica  7.1. Carbohidratos  7.2. Proteínas y enzimas  7.3. Lípidos y membranas  7.4. Ácidos nucleicos  7.5. Metabolismo y Bioenergética  7.6. Cinética enzimática y mecanismo

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Estructuras Sólidas y Cristalinas


En el estudio de la materia, comprender cómo las moléculas y los átomos se configuran es un aspecto definitorio de la química. De los tres estados clásicos de la materia: sólidos, líquidos y gases, los sólidos se identifican por su estructura rígida y patrones geométricos regulares, conocidos como cristales. Este documento educa a los lectores sobre la naturaleza de los sólidos y las complejidades de varias estructuras cristalinas.

Características de los sólidos

Las propiedades distintivas de los sólidos derivan de las moléculas y átomos densamente empaquetados que los componen. A diferencia de la fluidez de los líquidos y gases, los sólidos mantienen una forma y volumen fijos. Esta naturaleza fija se debe a las fuertes fuerzas intermoleculares que actúan dentro del sólido, las cuales impiden que las partículas constituyentes se muevan libremente.

  • Forma y volumen definidos: Los sólidos retienen una forma constante y no pueden conformarse a la forma de un recipiente a menos que se aplique una fuerza.
  • Incompresibilidad: Debido al espacio mínimo entre las partículas, los sólidos son generalmente incompresibles.
  • Rigidez: Las fuertes fuerzas intermoleculares proporcionan rigidez, que resiste cambios en la forma.

No todos los sólidos son iguales. Pueden clasificarse más aún en función de su estructura interna, resultando en diferentes tipos de sólidos.

Tipos de sólidos

Sólido cristalino

Los sólidos cristalinos contienen patrones ordenados y repetidos de átomos, iones o moléculas que forman una estructura interna organizada llamada red cristalina. Las geometrías predecibles de estas redes permiten a los científicos estudiar sus propiedades extensamente.

    Ejemplo:
    - Cloruro de sodio (NaCl)
    - Diamante
    - Cuarzo ( SiO2 )

Sólido amorfo

A diferencia de los sólidos cristalinos, los sólidos amorfos no tienen un orden a largo plazo o patrones repetidos. No forman cristales y a menudo tienen una estructura más desordenada.

    Ejemplo:
    - Vidrio
    - Caucho
    - Plástico

Estructuras Cristalinas

La comprensión de las estructuras cristalinas es fundamental para entender el fenómeno de la cristalinidad en los sólidos. Las estructuras cristalinas están determinadas por la simetría traslacional y se describen por tipos de redes cristalinas y celda unitaria.

Celda unitaria

La celda unitaria es la unidad de repetición más pequeña en una red cristalina, reflejando la simetría completa de toda la estructura del sólido.

Considere el siguiente ejemplo visual de una celda unitaria cúbica:

La figura anterior muestra una celda cúbica simple, donde cada punto en la esquina representa un átomo o ion.

Tipos de sistemas cristalinos

Los sistemas cristalinos clasifican los cristales en función de sus ejes y propiedades de simetría. Hay siete sistemas cristalinos principales:

  • Cúbico: Simétrico en las tres dimensiones (a = b = c; α = β = γ = 90°). Ejemplo: NaCl
  • Tetragonal: dos ejes iguales, uno diferente; todos los ángulos a 90° (a = b ≠ c; α = β = γ = 90°). Ejemplo: TiO 2
  • Ortorrómbico: ninguno de los ejes es igual; todos los ángulos son 90° (a ≠ b ≠ c; α = β = γ = 90°). Ejemplo: Azufre (S 8 )
  • Hexagonal: dos ejes iguales, uno diferente; ángulos: 120°, 90° (a = b ≠ c; α = β = 90°, γ = 120°). Ejemplo: Grafito
  • Trigonal: Similar al hexagonal, pero con tres ejes iguales formando un rombo (a = b = c; α = β = γ ≠ 90°). Ejemplo: Calcita
  • Monoclínico: ejes desiguales; dos ángulos iguales a 90°, uno diferente (a ≠ b ≠ c; α = γ = 90°, β ≠ 90°). Ejemplo: Azúcar
  • Triclínico: no hay ejes ni ángulos iguales (a ≠ b ≠ c; α ≠ β ≠ γ). Ejemplo: K 2 Cr 2 O 7

Estructuras cristalinas cúbicas

De particular interés son las estructuras cúbicas, a menudo estudiadas por su simetría:

  • Simple Cúbica (SC): La más simple, átomos en cada esquina. Muy rara en la naturaleza debido a la ineficiencia en el empaquetado. 
            Número de coordinación = 6
        Eficiencia de empaquetado = 52%
  • Cúbica Centrada en el Cuerpo (BCC): átomos en cada esquina y un átomo en el centro. 
            Número de coordinación = 8
        Eficiencia de empaquetado = 68%
  • Cúbica Centrada en las Caras (FCC): átomos en cada esquina y en el centro de cada cara. 
            Número de coordinación = 12
        Eficiencia de empaquetado = 74%

Ejemplos de sólidos y su estructura cristalina

Diamante

Los diamantes, un alótropo del carbono, forman estructuras cristalinas cúbicas que adoptan una variante de la estructura FCC llamada red de diamante. Cada átomo de carbono forma cuatro enlaces covalentes en una red tridimensional.

    Estructura: cúbica centrada en las caras (modificada)
    Número de Coordinación: 4

Cloruro de sodio

El cloruro de sodio, o sal de mesa, es un sólido cristalino iónico que consiste en iones de sodio (Na⁺) y cloruro (Cl⁻) formando una red cristalina cúbica simple.

    Estructura: Cúbica Simple
    Número de Coordinación: 6

Plomo

El grafito es otro alótropo de carbono que adopta el sistema cristalino hexagonal. Su estructura en capas permite un fácil deslizamiento de los planos, lo cual contribuye a sus propiedades lubricantes.

    Estructura: hexagonal
    Número de Coordinación: 3

Aplicaciones de los Sólidos y Estructuras Cristalinas

El estudio de los sólidos y las estructuras cristalinas tiene un profundo impacto en una variedad de campos. Desde la ciencia de materiales, donde la estructura interna determina las propiedades de metales y aleaciones utilizadas en la construcción y fabricación, hasta la electrónica, donde las propiedades únicas de los semiconductores como el silicio se utilizan para crear circuitos integrados. Comprender la cristalinidad y la disposición de partículas en una red permite a científicos e ingenieros crear soluciones innovadoras y nuevos materiales.

Resumen

Los sólidos reflejan principalmente estructuras estables, rígidas y fijas debido a moléculas y átomos densamente empaquetados. Su capacidad para mantener una forma definida los distingue de otras formas de materia. Los sólidos cristalinos, con unidades recurrentes y repetidas, contrastan con los sólidos amorfos con estructuras irregulares. La unidad básica subyacente, la celda unitaria, personifica la complejidad dentro de la estructura. Ya sea en el campo de la naturaleza o la tecnología, las aplicaciones de la cristalinidad y la estructura sólida son variadas e importantes, afectando muchas áreas de la vida diaria.


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Estructuras Sólidas y Cristalinas

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