Cristalo Quimica

CRISTALOQUIMICA

Integrantes: Ricardo Armando Pérez Gualteros Cód. 201410945 Leonardo Enrique Meriño Posada Cód. 2014102663

Presentado a: FREDY ALEXANDER FONSECA BENITEZ

Universidad pedagógica y tecnológica de Colombia UPTC Seccional Sogamoso 2015

INTRODUCCION El trabajo a realizar trata del concepto de cristalografía que es una ciencia que se ocupa del estudio de la materia cristalina, de las leyes que gobiernan su formación y de sus propiedades geométricas, químicas y físicas. En este trabajo estaremos enfocándonos en la cristaloquímica que es la ciencia que se ocupa del estudio de las relaciones entre la composición química, estructura interna y las propiedades físicas de la materia cristalina. La cristaloquímica es una especialidad que tiene la química que se combina con otra ciencia, la cristalografía. En general esta especialidad química se ocupa del estudio de las composiciones y estructura de los átomos, moléculas, y todos los componentes existentes en el mundo químico y a partir de los cuales se da formación a los minerales conocidos. La composición química es la base de la clasificación moderna de los minerales, desde el siglo XVIII se admitió que existía esta relación, entre la composición química y la morfología cristalina, a partir del método de Difracción de rayos X añadió nuevos conceptos y así nació esta ciencia, la cristaloquímica. El átomo y sus fuerzas de interacción determinan las propiedades, sean químicas o físicas, aunque estas propiedades dependen de la composición química que contenga el mineral, la disposición geométrica de los átomos e iones constituyentes y la naturaleza de las fuerzas eléctricas que los unen. Antes de considerar los aspectos estructurales químicos de los minerales, es necesario repasar algunos conceptos elementales de iones y átomos, así como sus fuerzas de enlace en los materiales cristalinos: La mayoría de sustancias son compuestos formados por la combinación de sustancias simples llamados elementos, los cuales no se descomponen por reacciones químicas. En 1805, John Dalton, sugirió que las leyes de las combinaciones químicas podrían explicarse si cada elemento estuviese formado por un tipo especial de partículas idénticas, diminutas e indestructibles llamadas átomos. La combinación química de los elementos implica la unión de átomos en proporciones simples para formar parejas similares de grupos de átomos, los cuales se conocen como moléculas. En 1896 luego del descubrimiento de la radiactividad, se produjeron grandes avances en el estudio de la materia y se descubrió que los átomos están formados por partículas de diversos tipos. La masa de un átomo está centrada en un núcleo macizo, muy pequeño compuesto por dos tipos de partículas llamadas protones y neutrones; los protones poseen una unidad positiva de carga electroestática mientras que los neutrones no tienen ningún tipo de carga electroestática. El núcleo del átomo está rodeado por una región mucho más espaciosa escasamente poblada de electrones, los cuales tienen una masa muy diminuta y poseen una unidad negativa de carga, estos se mueven a gran velocidad y a grandes distancias con respecto al radio del núcleo. El número de electrones orbitales es el mismo que el número de protones en el núcleo, por lo que las cargas electrostáticas están equilibradas.

ANALISIS Teniendo en cuenta que la cristaloquímica incluye el estudio de los enlaces quimica, morfología, y la formación de estructuras cristalinas se debe tener en cuenta los conceptos de habito y macla. El habito cristalino es la herramienta con la que se designa la forma general de los cristales, de tal manera que encontraremos formas cubicas, octaédricas o prismáticas. Este esta controlado por el medio ambiente en el que se ha desarrollado el mineral y las condiciones van a variar de un yacimiento a otro, aunque no varie el sistema cristalino en el que cristalice el mineral, de esta manera podemos encontrar en un yacimiento un habito alargado, mientras que en otro puede tener un habito tabular. Las Maclas son un crecimiento conjunto simétrico de dos o mas cristales de la misma sustancia, dicho crecimiento conjuntos o simultáneos controlados cristalográficamente se denominan también cristales gemelos, la superficie según la cual los dos cristales individuales estén unidos en la macla se conoce con el nombre de superficie de composición de macla que puede ser irregular, un plano o un eje. Los átomos son conocidos por ser de igual número de electrones y protones. Sin embargo los elementos de la tabla periódica puede dividirse en dos grupos, unos que tienen tendencia a recibir electrones (no metales) y otros tienden a ceder (metales). Cuando un átomo pierde uno o más electrones de su configuración electrónica se forma un catión y al adicionársele electrones resulta un anión, ambos procesos son energéticos, la energía requerida para extraer el electrón y llevarlo a el infinito se denomina, potencial de ionización, este valor expresa la atracción que un núcleo de átomo neutro, ejerce sobre un electrón en una orbital parcialmente lleno. Las propiedades presentes en los minerales serán dependientes del tipo de enlace quimico que estos presenten al momento de su formación, es decir, sabiendo que se manejan 3 tipos de enlaces los cuales son enlaces metálicos, ionicos y covalentes. El enlace quimico se define como las fuerzas de atracción entre los atomos y esta determinado por los electrones de valencia que cada uno de ellos presente, de igual manera estos interaccionan de manera que pueden determinar la simetría de la estructura atómica dentro de un cristal (mineral). ENLACE METALICO Este tipo de enlace se caracteriza por ser no direccional (esta relacionado solo con un campo electroestático), sus electrones de valencia o también llamados electrones externos pueden moverse libremente, este tipo de enlace se presenta solamente en elementos .tales como, plata, oro, cobre. En el cristal de un mineral que presenta enlaces metálicos encontraremos características arraigadas a este tipo de enlace, tales como, su gran plasticidad, tenacidad, ductilidad, y conductividad, además de su baja dureza , punto de ebullición y punto de fusión. Estas características hacen que estos cristales sean muy simétricos y su estructura sea muy compacta. ENLACE COVALENTE Es el enlace mas fuerte de los enlaces químicos, este enlace se caracteriza por el compartimiento de electrones en el cual los electrones externos son compartidos por átomos vecinos.

Los minerales que estén formados por este tipo de enlace se caracterizan a que son insolubles, son muy estables, y sus puntos en ebullición y fusión son extremadamente altos. Además de estas características se puede mencionar que no forman iones en disolución y esto hace que no son conductores de electricidad asi estén en estado solido o en disolución ENLACE IONICO Este tipo de enlace es el más común y predomina en compuestos inorgánicos, se caracteriza por que su capa más externa se completa por transferencia de electrones de un atomo a otro, el carácter ionico de un enlace viene definido o caracterizado por la diferencia entre las electronegatividades de los atomos que lo forman, para ello Pauling(1960) asigno un valor numérico de electronegatividad a cada elemento con los cuales se podría realizar la operación y hallar el valor de electronegatividad del enlace. Un mineral que posea este tipo de enlace contará con una dureza y peso específicos moderados, puntos de fusión y ebullición elevados, conductividad eléctrica y térmica muy baja, una elevada simetría y forma iones en disolución. ENLACE DE VAN DE WAALS Es la fuerza atractiva o repulsiva entre moléculas de bajisima polaridad. También se usa en ocasiones como un sinónimo para la totalidad de las fuerzas intermoleculares. Las fuerzas de van der Waals son relativamente débiles comparadas con los enlaces químicos normales dentro de las moleculas y tambien comparadas con intermoleculares como el puente de hidrogeno. Estas definen el carácter químico de muchos compuestos orgánicos. También definen la solubilidad de sustancias orgánicas en medios polares y no polares. ENLACE DE HIDROGENO Los enlaces o puentes de hidrógeno son interacciones que se dan entre átomos polares o electronegativos y el hidrógeno unido a un átomo polar. En el caso del agua el hidrógeno unido a un oxigeno de una molécula puede interactuar con el oxígeno de otra molécula. Esto es importantísimo para la polaridad del agua, permite que su punto de ebullición aumente considerablemente y hace que, por la variedad de moléculas con las cuales pueda formar este tipo de enlaces, sea uno de los mejores solventes que existe. Debido a que las sustancias naturales son muy complejas y diversas la presencia de un solo tipo de enlace es muy raro y en la mayoría de minerales coexisten dos o más tipos. Cuando hay dos o mas enlaces los minerales que presentan esto comparten ambas características de los enlaces. Además de los enlaces presentes en los minerales se puede hablar de las diferentes estructuras cristalinas que se puedan presentar en estos. Una estructura cristalina es la disposición periódica y ordenada en el espacio de 3 dimensiones del constituyente de la materia (iones, átomos, moléculas o conjunto de ellos), esta también proporciona información sobre la localización de todos los átomos, las posiciones y tipo de enlace, simetría y contenido químico de la celda elemental.

Su conocimiento es importante para interpretar los datos de composición química y propiedades físico-químicas de los minerales. Además nos ayuda a comprender cristales que tienen propiedades especificas y analizar las condiciones de formación y transformación de los minerales en diferentes entornos. Hay dos tipos de estructuras y se pueden mencionar. ESTRUCTURAS DE COORDINACION Dos clases de átomos la estructura de coordinación tridimensional o en armazón, laminar, cateniforme y molecular. Con más de dos átomos la estructura de coordinación tridimensional, laminar, cateniforme y molecular radical. ESTRUCTURAS MOLECULARES, RADICALES, CATENIFORMES, LAMINARES Y EN ARMAZON Donde todas las partículas no están igualmente coordinadas. Se forman complejos neutros o cargados y las cadenas pueden considerarse como radicales infinitos unidimensionales. Son estructuras heterodesmicas y los enlaces son a menudo más fuertes que en enlace estructura. PRINCIPIOS EN LAS ESTRUCTURAS CRISTALINAS -

Principio empaquetado compacto

Los átomos tienden a disponerse de manera que rellenen el espacio de la forma mas eficiente. -

Principio de simetría

Los átomos de la estructura tiende a conseguir un entorno con a simetría mas alta posible. -

Principio de interaccion.

Los átomos en una estructura cristalina tiende a rodearse del mayor numero posible de atomos vecinos por los cuales pueda interaccionar. Las estructuras cristalinas de sólidos cristalinos pueden determinarse mediante análisis de difracción de rayos X utilizando difractómetros por el método de muestra en polvo. Los rayos X son difractados por los cristales cuando se cumplen las condiciones de la ley de Bragg. Existen métodos que sirven para clasificar minerales y el más importante es: DIFRACCION DE RAYOS X La difracción de rayos X es uno de los fenómenos físicos que se producen al interaccionar un haz de rayos X, de una determinada longitud de onda, con una sustancia cristalina. La difracción de rayos X se basa en la dispersión coherente del haz de rayos X por parte de la materia (se mantiene la longitud de onda de la radiación) y en la interferencia constructiva de las ondas que están en fase y que se dispersan en determinadas direcciones del espacio. El fenómeno de la difracción puede describirse con la Ley de Bragg, que predice la dirección en la que se da interferencia constructiva entre haces de rayos X dispersados coherentemente por un cristal.

CONCLUSION La composición química del mineral tiene importancia fundamental ya que de ella va a depender las propiedades físicas y la estructura geométrica de sus átomos (sistema cristalino) La partícula básica que se combina para formar moléculas y compuestos se llama átomo; esto es la parte mas pequeña de la materia que conserva las características de los elementos. Gracias a los enlaces químicos presentes en los distintos minerales y al momento de encontrarnos frente a uno de tantos, teniendo la necesidad de recurrir a su uso podremos hacernos de la ayude de los tipos de enlace, del que caracteriza al mineral en caso así tener en cuenta las características y propiedades qe este presenta de tal manera que podamos dar un correcto uso en su aplicación. La cristaloquímica proporciona un medio simple para comprender como se disponen o unen los átomos para formar estructuras cristalinas, para comprender la sustitución de átomos en una estructura y alterar el comportamiento de este, explica como ocurren las distorsiones y los defectos estructurales y así porque algunos materiales se comportan de manera diferente entre ellos y otros materiales. Cuando un enlace químico reúne dos o más elementos en proporciones definidas, a la sustancia obtenida se le denomina compuesto. La mayoría de los minerales son compuestos químicos La dureza, el punto de fusión y punto de ebullición son altos cuando los enlaces son fuertes El estudio de la difracción de rayos X es muy importante para interpretar fielmente los datos de composición química y propiedades fisicoquímicas, además de predecir y sintetizar cristales que tienen propiedades especificas además de analizar las condiciones de formación y transformación de los minerales en distintos entornos. Es una de las técnicas que goza de mayor prestigio entre la comunidad científica para dilucidar estructuras cristalinas, debido a su precisión y a la experiencia acumulada durante décadas, elementos que la hacen muy fiable. Sus mayores limitaciones se deben a la necesidad de trabajar con sistemas cristalinos, por lo que no es aplicable a disoluciones, a sistemas biológicos in vivo, a sistemas amorfos o a gases.