Liceo poeta Federico García LorcaDpto de Química Faride Riady AcuñaIV Medio Diferenciado

UNIDAD: Relación de la química con la física: Estado sólido”

Las características más notorias de los sólidos son la rigidez, la incompresibilidad y, en el caso de los sólidos cristalinos, su geometría característica. Los sólidos tienen una importancia crucial en la ciencia y la técnica debido al auge que ha tenido últimamente el área conocida como “nuevos materiales”.

Entre otras, las particulares propiedades eléctricas y magnéticas de los sólidos, son algunas de las propiedades que tienen una enorme importancia en el desarrollo de muchos modernos dispositivos electrónicos. Por otra parte, las superficies de los sólidos tienen también una gran importancia práctica actuando como centros de reacciones químicas en su uso como catalizadores.

CLASIFICACIÓN DE LOS SÓLIDOS

Los sólidos se clasifican en cristalinos y amorfos.

Sólido cristalino: Es un sólido en el que sus átomos, iones o moléculas se acomodan en una estructura ordenada, es decir ocupan posiciones específicas. Ejemplo: el hielo, NaCl, C (diamante). Se funden a temperaturas definidas, tienen superficies planas y lisas bien definidas, denominadas caras, que tienen ángulos definidos en sus aristas. Las caras están formadas por agrupaciones ordenadas de átomos

Sólido amorfo (del griego sin forma) : Es un sólido en el que sus átomos, iones o moléculas están desordenados y al azar. Ejemplo: manteca, goma, vidrio.Los sólidos amorfos no poseen caras bien definidas, a no ser que hayan sido moldeados o cortados. No poseen un punto de fusión definido. Se reblandecen dentro de cierto intervalo de temperatura.

SÓLIDOS CRISTALINOSTipos de Cristales

Cristales covalentes 2 alótropos de carbón Cgrafito y Cdiamante

Otra forma de clasificar a los sólidos es por la naturaleza del enlace:

SÓLIDOS IÓNICOS: Las unidades que se repiten periódicamente son iones. Cada ión de un signo dado está enlazado por la fuerza coulómbica a todos los iones de signo opuesto del cristal. La energía de cohesión en estos cristales es muy grande (del orden de los 1000 kJ.mol -1), esta es la causa por la cual tienen Tf y Te grandes.

Tienden generalmente a ser duros y quebradizos. La explicación para esto se puede encontrar en la naturaleza de las fuerzas coulómbicas.

El desplazamiento de estas capas no contrapone iones del mismo signo y por lo tanto es mucho más fácil energéticamente realizar este movimiento que otro que contraponga iones del mismo signo.Otra característica distintiva de los sólidos iónicos es que son aislantes eléctricos a bajas temperaturas pero son muy buenos conductores de la electricidad cuando están fundidos.

SÓLIDOS MOLECULARES: La unidad que se repite es un átomo o molécula químicamente identificable sin carga neta. La cohesión en estos cristales es debida a las fuerzas de Van der Waals. En general los cristales moleculares tienden a ser blandos, compresibles y fácilmente deformables. Estas propiedades se deben a que los cristales moleculares suelen ser muy buenos aislantes eléctricos.

Las moléculas no tienen carga eléctrica neta y los electrones se encuentran localizados alrededor de un grupo específico de átomos. Consecuente- mente no hay partículas cargadas que estén libres para moverse en un campo eléctrico.

SÓLIDOS DE REDES COVALENTES: Todos los átomos están unidos por un sistema continuo de enlaces de par electrónico bien definidos. Ejemplos típicos son el diamante y el cuarzo. El resultado es una red rígida tridimensional, que enlaza cada átomo a todos los demás. De hecho todo el cristal podría considerarse como una sola molécula.

Algunas estructuras son redes bidimensionales infinitas. El ejemplo más conocido es la estructura del grafito:

En la estructura del grafito cada átomo de carbono está enlazado covalentemente a otros tres en el mismo plano de manera de formar una estructura laminar. La energía de unión entre las capas es de tipo de Van der Waals.

La energía típica para separar en sus unidades estructurales (átomos) a los cristales de redes covalentes pueden ser de hasta 2000 kJ.mol-1. Estos compuestos tienen por consiguiente Pf y Pe

extremadamente altos.Por otra parte, los enlaces covalentes son altamente direccionales, por lo tanto cualquier distorsión implica la ruptura de dichos enlaces, consecuentemente estos sólidos son los más duros que se conocen.

SÓLIDOS METÁLICOS: Se caracterizan por su brillo, reflec-tividad, altas conductividades térmica y eléctrica y por su malea-bilidad (facilidad con que se pueden estirar, forjar y doblar sin romperse). Ejemplos típicos son Ag, Au, Cu, etc. La mayoría de los metales carece de una o más de estas características.

El Pb es muy maleable pero no es un buen conductor de la electricidad. La estructura electrónica de los metales se puede representar por un modelo de electrón libre, en la cual los electrones de valencia no están localizados sobre ningún átomo o conjunto de átomos, sino que le “pertenecen” a todo el cristal. En una representación simplificada se considera que es un conjunto de iones positivos sumergidos en un “mar” de electrones.

Sistemas Cristalinos

Tipos de Sólidos Cristalinos

Tipo De Sólido

Forma de las Partículas unitarias

Fuerzas Entre Las Partículas

Propiedades Ejemplos

MOLECULARDE RED COVA-LENTEIONICOMETÁLICO

Átomos o moléculasÁtomos conectados en una red de enlaces covalentesIones positivos y negativos

Fuerzas intermolecula-resEnlaces covalentes Atracciones electrostáticas Enlaces metálicos

Blandos, punto de fusión bajo a moderadamente alto, baja conductividad térmica y eléctrica. Muy duros, P.Fusión muy alto, baja conductividad térmica y eléctrica. Duros y quebradizos, alto punto de fusión, baja

Ar, argón, CH4(metano) Hielo seco(CO2) Diamante, C Cuarzo, SiO2 Sales típicas: NaCl, Ca (NO3)2 Elementos metálicos de los bloques s y p: Cu, Fe, Al, W

Cationes unidos por un mar de electrones

conductividad térmica y eléctrica Blandos a muy duros, maleables, dúctiles, alta conducción térmica y eléctrica.

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN IV MEDIO QUÍMICA DIFERENCIADO

I.- Desarrolle la siguiente guía:

1.- Seleccione dos sólidos, realice una tabla comparativa, indicando: a) Nombre de los sólidos escogidos.b) Formula de los sólidos.c) Propiedades como: Punto de fusión, densidad y solubilidad en el agua.

2.- Comparen las propiedades de los sólidos y contesten:a) ¿Son comparables sus puntos de fusión? Explique.b) ¿Qué pueden decir acerca de su dureza?c) ¿Es similar su transparencia, es decir, transmiten luz?d) ¿Cuál es su estructura interna y la forma externa de cada uno de los sólidos?e) Dibuje de cada uno de los sólidos los modelos que representen su forma y estructura.

3.- ¿Qué entiende por dureza de un cristal?

4.- ¿Cómo se define la escala de dureza de Mohs?

5.- ¿Cuál es en esta escala el cristal más duro y cuál es el más blando?

6.- De que manera clasificarían los cristales seleccionados en cuanto a su dureza.

7.- ¿Qué relación existe entre la dureza de un cristal y su estructura?

Plazo de entrega: 27 de Octubre

La guía es de aprendizaje conceptual y de aplicación. La evaluación de la guía corresponderá a la primera nota parcial. Debes entregar el desarrollo de la guía en una hoja de oficio; de manera individual.