Estructuras cristalinas y la celda unitaria

Estructura cristalina

¿Alguna vez ha mirado la sal con una lupa? ¿Y el azúcar? ¿Y el diamante? ¿Qué ves cuando los miras? Probablemente veas cristales.

La mayoría de las sustancias forman cristales en la fase sólida. Las sustancias cristalinas están hechas de un diseño repetitivo tridimensional formado por unidades idénticas más pequeñas. Hay muchos tipos diferentes de formas de cristal que pueden adoptar las sustancias, y su forma depende de su composición química.

La disposición tridimensional total de las partículas de un cristal se denomina estructura cristalina . La disposición real de las partículas en el cristal es una red . La parte más pequeña de un cristal que tiene el patrón tridimensional de toda la red se llama celda unitaria . Esta es la unidad de repetición más pequeña del enrejado. Los bordes de cada celda unitaria se conectan y las caras opuestas son paralelas.

Estos elementos forman puntos de celosía en sólidos cristalinos.

Los sólidos cristalinos están formados por átomos, iones o moléculas. Los átomos, iones o moléculas se denominan puntos reticulares. Los científicos representan los puntos de la red con círculos o esferas . Las esferas se empaquetan juntas como una matriz cuadrada bidimensional o una matriz compacta bidimensional. Las matrices bidimensionales se apilan una encima de la otra para formar una estructura tridimensional. El tipo de forma que toma el cristal está determinado por la forma en que está empaquetado (cerrado o cuadrado) y cuántos puntos de celosía se tocan. Hay catorce tipos diferentes de formas de celda unitaria.

Tipos de cristales

Los cristales a menudo se dividen en cuatro categorías según los tipos de partículas y el enlace entre las partículas. Los cuatro tipos son cristales iónicos, cristales de red covalente, cristales metálicos y cristales moleculares covalentes.

Los cristales iónicos son buenos conductores de electricidad.

Los cristales iónicos están formados por iones positivos y negativos que están dispuestos en un patrón regular y repetitivo. El fuerte enlace iónico entre los iones del cristal lo hace muy duro y quebradizo. Los cristales iónicos tienen altos puntos de fusión y son buenos conductores de electricidad . La sal es un sólido cristalino iónico.

Los cristales de red covalente , a veces llamados sólidos atómicos, tienen átomos que están unidos covalentemente al átomo que está junto a ellos, lo que significa que los dos átomos comparten electrones. El diamante es un cristal de red covalente porque los átomos de carbono del diamante están unidos covalentemente a los demás átomos de carbono. Estos tipos de cristales son duros y quebradizos, tienen altos puntos de fusión y generalmente no son conductores de electricidad.

Los cristales metálicos están hechos de cationes metálicos rodeados por electrones de valencia que se mueven libremente. Los electrones provienen de los átomos de metal y pertenecen al cristal en su conjunto. Estos cristales son buenos conductores de electricidad porque los electrones son muy móviles en la estructura cristalina.

Las moléculas de los cristales moleculares covalentes están unidas por fuerzas intermoleculares.

El cristal molecular covalente , también llamado a veces sólido molecular, está hecho de moléculas unidas covalentemente que se mantienen unidas por fuerzas intermoleculares, como las fuerzas de dispersión de London, las fuerzas dipolo-dipolo y los enlaces de hidrógeno. Este tipo de cristal es blando, tiene un punto de fusión bajo y es un buen aislante. Los cristales de hielo son un cristal molecular covalente.

Resumen de la lección

Las sustancias cristalinas están hechas de un diseño repetitivo tridimensional formado por unidades idénticas más pequeñas. La disposición tridimensional total de las partículas de un cristal se denomina estructura cristalina . La disposición real de las partículas en el cristal es una red . La parte más pequeña de un cristal que tiene el patrón tridimensional de toda la red se llama celda unitaria . Hay cuatro tipos diferentes de cristales, incluidos los cristales iónicos, los cristales de red covalente, los cristales metálicos y los cristales moleculares covalentes.

Los resultados del aprendizaje

Al final de esta lección, es posible que pueda:

• Dar detalles sobre la composición estructural de sustancias cristalinas: estructura cristalina, celosía y celda unitaria.
• Discutir de qué están hechos los sólidos cristalinos y cómo se determina su forma
• Describir las características y proporcionar ejemplos de los cuatro tipos de cristales: cristales moleculares iónicos, de red covalente, metálicos y covalentes.