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Estado sólido

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Published on March 14, 2014

Author: isiscrguez

Source: slideshare.net

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Temas:
-Estado Sólido
Geometrías Moleculares: RTECV.
Orbitales Híbridos.
Enlace Metálico y Elementos Semiconductores.
Teoría de las Bandas.
Clasificación en base a su Conductividad Eléctrica.
Estado sólido (Cristalino).
Concepto y caracterización de Sistemas Cristalinos.
Anisotropía.
Defectos Cristalinos y consecuencias en Propiedades Microscópicas.

Isis Janett Chama Rodríguez
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• Temas: • -Estado Sólido • Geometrías Moleculares: RTECV. • Orbitales Híbridos. • Enlace Metálico y Elementos Semiconductores. • Teoría de las Bandas. • Clasificación en base a su Conductividad Eléctrica. • Estado sólido (Cristalino). • Concepto y caracterización de Sistemas Cristalinos. • Anisotropía. • Defectos Cristalinos y consecuencias en Propiedades Microscópicas.

Estado Sólido

Los sólidos se caracterizan por tener forma y volumen constantes. Esto se debe a que las partículas que los forman están unidas por unas fuerzas de atracción grandes de modo que ocupan posiciones casi fijas. Estado Sólido

La física del estado solido trata sobre el estudio de la materia rígida, o sólidos. Forma la base teórica de la ciencia de materiales y su desarrollo ha sido fundamental en el campo de las aplicaciones tecnológicas de microelectrónica al posibilitar el desarrollo de transistores y materiales semiconductores.

Estructuras moleculares: Modelo VSPR (RPECV) VSPR (Valence Shell Electronic Pair Repulsion) o en su traducción española RPECV (Repulsión entre Pares de Electrones de la Capa de Valencia) Este modelo funciona aceptablemente para compuestos formados por átomos de los bloques s y p pero en absoluto es aplicable a los formados por elementos de transición.

Capa de valencia: Es la capa externa de cada átomo. Contienen los electrones responsables del enlace. Explica la distribución geométrica de los pares electrónicos que rodean al átomo central en términos de la repulsión electrostática entre dichos pares electrónicos

Reglas generales para aplicar el modelo RPECV Los dobles y triples enlaces se consideran como sencillos. Si existen varias estructuras resonantes el modelo se aplica a una de ellas. El sistema tiende a adoptar la mayor simetría posible.

Moléculas en las que el átomo central tiene pares de electrones libres (PL) y pares de electrones de enlace (PE)

Orbitales Híbridos

¿Qué es un orbital atómico? • Es una zona del espacio donde existe una alta probabilidad de encontrar al electrón, esto supone considerar al electrón en una capa, como una nube difusa de carga alrededor del núcleo.

¿Qué es un Nivel de energía? • Son los electrones que están girando alrededor del núcleo formando capas. En cada una de ellas, la energía que posee el electrón es distinta. En las capas muy próximas al núcleo, la fuerza de atracción entre él y los electrones es muy fuerte, por lo que estarán fuertemente ligados.

Orbital Hibrido • Se obtienen cuando dos o más orbitales del mismo átomo(orbitales atómicos), que perteneciendo a un nivel de energía, tiene la capacidad de mezclarse/combinarse.

Tipos de orbitales sp significa que se combina un orbital s con un p sp2 significa que se combina un orbital s con dos p sp3 significa que se combina un orbital s con tres p dsp3 significa que se combina un orbital s tres p y un d d2sp3 significa que se combina un orbital s tres p y dos d

Formas de orbitales x y z

Formas de orbitales

Enlace metálico y elementos semiconductores

Enlace metálico • Es el enlace que se produce cuando se combinan entre sí los elementos (metálicos), de electronegatividades bajas y que se diferencien poco, en estos casos ninguno de los átomos tiene más posibilidades que el otro de perder o ganar los electrones.

Hay dos modelos que explican la formación del enlace metálico. Modelo de la nube de electrones: • Los átomos metálicos ceden sus electrones de valencia, a una "nube electrónica" que comprende todos los átomos del metal. Así pues, el enlace metálico resulta de las atracciones electrostáticas entre los restos positivos y los electrones móviles que pertenecen en su conjunto a la red metálica.

Elementos semiconductores • Tienen una conductividad eléctrica inferior, a la de un conductor metálico, pero superior a la de un buen aislante. • Entre los semiconductores comunes se encuentran elementos químicos y compuestos, como el silicio, el germanio, el selenio, el arseniuro de galio, el seleniuro de cinc y el teluro de plomo. Para incrementar el nivel de la conductividad se provocan cambios de temperatura, de la luz o se integran impurezas en su estructura molecular.

Elementos semiconductores… Estos cambios originan un aumento del numero de electrones liberados, conductores que transportan la energía eléctrica. • Para producir electrones de conducción, se utiliza energía adicional en forma de luz o de calor, que excita los electrones de valencia y provoca su liberación de los enlaces, de manera que pueden transportar su propia energía.

Tabla de Elementos Semiconductores Número Atómico Nombre del Elemento Grupo en la Tabla Periódica Categoría Electrones en la última órbita Números de valencia 48 Cd (Cadmio) IIa Metal 2 e- +2 5 B (Boro) IIIa Metaloide 3 e- +3 13 Al (Aluminio) Metal31 Ga (Galio) 49 In (Indio) 14 Si (Silicio) IVa Metaloide 4 e- +4 32 Ge (Germanio) 15 P (Fósforo) Va No metal 5 e- +3, -3, +5 33 As (Arsénico) Metaloide 51 Sb (Antimonio) 16 S (Azufre) VIa No metal 6 e- +2, -2 +4, +6 34 Se (Selenio) 52 Te (Telurio) Metaloide

LA TEORIA DE LAS BANDAS

BANDAS DE ENERGIA • La banda prohibida

CONFORMACION DE LAS BANDAS DE ENERGIA

BANDAS MEDIANTE EL SOLAPAMIENTO ORBITAL banda s. banda p.

NIVEL DE FERMI

Clasificación De Sólidos Por Medio De Su Conductividad Eléctrica • Conductores • Semiconductores • Aislantes

Estos sólidos tienen rigidez y orden de largo alcance, sus atomos, moleculas e iones ocupan posiciones especificas. ESTADO SOLIDO Los sólidos se pueden dividir en dos categorias: Amorfos Cristalinos Estos sólidos carecen de formas y caras bien definidas, al igual que una estructura ordenada. Diagrama molecular del vidrio (SiO2) en sólido amorfo Diagrama molecular del cuarzo (SiO2) en red cristalina.

ESTADO SOLIDO (CRISTALINO) • Las estructuras y propiedades de los cristales mantienen las particulas juntas. • Se pueden clasificar en: • Ionico • Covalente • Metalico Atomico Molecular

TIPO DE CRISTAL *UNIDADES EN LOS PUNTOS RETICULARES FUERZA(S) QUE MANTIENEN LAS UNIDADES JUNTAS PROPIEDADES GENERALES EJEMPLO Ionico Iones positivos y negativos Atracción Electrostatica Son malos conductores de calor y de la electricidad NaCl, Covalente Atomico Atomos Union Covalente Son malos conductores de calor y la electricidad Diamante Covalente Molecular Moleculas o Atomos Fuerzas de dispersion, fuerzas dipolo – dipolo Son malos conductores de calor y de la electricidad C12H22011 (Sacarosa) Metalico Atomos Enlace metalico Son buenos conductores de calor y de la electricidad Todos los elementos metalicos

CRISTALES IONICOS • Presentan puntos de fusión y de ebullición altos, son duros, frágiles y a veces quebradizos, en su estado de fusión son buenos conductores de la electricidad, si contienen cationes y aniones muy cargados son insolubles en agua. • Caracteristicas principales de los cristales ionicos son: 1.- Están compuestos de especies cargadas 2.- Los cationes y aniones son de tamaño bastante diferente.

CRISTALES COVALENTES • Atómicos.- Se unen entre sí a través de enlaces normalmente covalentes. El enlace covalente es muy fuerte, poseen estructuras muy compactas, sus puntos de fusión y de ebullición son muy altos, son malos conductores, frágiles duros e insolubles en todos los disolventes (Diamante, Grafito, Cuarzo, etc.). • Moleculares.- Las fuerzas más pequeñas entre las partículas se encuentran en este tipo de sólidos. Están compuestas de moléculas que son relativamente inertes entre sí. El acomodo de las moléculas en este tipo de cristales esta determinado por sus formas, carácter dipolar y polarizabilidad.

CRISTALES METÁLICOS • En general, los metales no son solubles en disolvente alguno, sea este polar o no polar. • En vez de ello, numerosos metales reaccionan químicamente con el disolvente. • Sus átomos tienen electrones de valencia fácilmente desligables (potencial de ionización bajo) y esto hace que todos los átomos metálicos formen iones positivos.

PALABRAS CLAVE PARA LOS SISTEMAS CRISTALINOS • Celda unitaria: La porción más simple de la estructura cristalina que al repetirse mediante traslación reproduce todo el cristal. Todos los materiales cristalinos adoptan una distribución regular de átomos o iones en el espacio. • Paralelepípedo: Es un poliedro de seis caras (por tanto, un hexaedro), en el que todas las caras son paralelogramos, paralelas e iguales dos a dos. Un paralelepípedo tiene 12 aristas, que son iguales y paralelas en grupos de cuatro, y 8 vértices. • Arista: Es en geometría el segmento de recta donde intersecan dos planos. Por extensión también se conoce con este nombre al segmento común que tienen dos caras vecinas de un poliedro, y que forman al estar en contacto. • Red de Bravais: Son una disposición infinita de puntos discretos cuya estructura es invariante bajo cierto grupo de traslaciones. En la mayoría de casos también se da una invariancia bajo rotaciones o simetría rotacional. Estas propiedades hacen que desde todos los nodos de una red de Bravais se tenga la misma perspectiva de la red. Se dice entonces que los puntos de una red de Bravais son equivalentes.

SISTEMA CRISTALINO • Un sólido cristalino se construye a partir de la repetición en el espacio de una estructura elemental paralelepipédica denominada celda unitaria. En función de los parámetros de red, es decir, de las longitudes de los lados o ejes del paralelepípedo elemental y de los ángulos que forman, se distinguen siete sistemas cristalinos:

Sistema cristalino Ejes Ángulos entre ejes Elementos característicos Cubico a=b=c α = β = γ = 90° Cuatro ejes ternarios Tetragonal a=b≠c α = β = γ = 90° Un eje cuaternario (o binario derivado) Ortorrómbico a≠b≠c≠a α = β = γ = 90° Tres ejes binarios o tres planos de simetría Hexagonal a=b≠c α = β = 90°; γ = 120° Un eje senario (o ternario derivado) Trigonal (o Romboédrica) a=b=c α = β = γ ≠ 90° Un eje ternario Monoclínico a≠b≠c≠a α = γ = 90°; β ≠ 90° Un eje binario o un plano de simetría Triclínico a≠b≠c≠a α ≠ β ≠ γ α, β, γ ≠ 90° Un centro de simetría o bien ninguna simetría

SISTEMA CRISTALINO CÚBICO Cúbico simple Cúbico centrado Cúbico centrado en las caras Se caracteriza porque la celda unidad de la red cristalina tiene la forma geométrica de cubo, ya que tiene los tres ángulos rectos y las tres aristas de la celda iguales.

SISTEMA CRISTALINO CÚBICO • Los cristales de este sistema se clasifican en las cinco clases siguientes: • Tetratoidal • Diploidal • Hextetrahedral • Gyroidal • Hexoctahedral Representación con bolas de un sistema isométrico.

SISTEMA CRISTALINO TETRAGONAL • Se caracteriza porque la celda unidad de la red cristalina podríamos formarla a partir de un cubo que estirásemos una de sus direcciones, de forma que quedaría un prisma de base cuadrada, con una celda unidad con los tres ángulos rectos, siendo dos de las aristas de la celda iguales y la tercera distinta a ellas. Tetragonal simple Tetragonal centrado

SISTEMA CRISTALINO TETRAGONAL • Los cristales de este sistema se clasifican en las siete clases siguientes: • Diesfenoidal • Piramidal • Dipiramidal • Escalenohedral • Piramidal Ditetragonal • Trapezohedral • Dipiramidal-Ditetragonal

SISTEMA CRISTALINO ORTORRÓMBICO • Se caracteriza porque la celda unidad de la red cristalina tiene la forma geométrica con los tres ángulos rectos, mientras que las tres aristas de dicha celda unidad tienen todas longitudes diferentes. Ortorrómbico simple Ortorrómbico centrado Ortorrómbico con bases centradas Ortorrómbico con caras centradas

SISTEMA CRISTALINO ORTORRÓMBICO • Los cristales de este sistema se clasifican en las tres clases siguientes: • Piramidal • Diesfenoidal • Dipiramidal Ejemplar de olivino.

SISTEMA CRISTALINO HEXAGONAL • Tiene la misma simetría que un prisma regular con una base hexagonal; hay sólo una red de Bravais hexagonal. Arreglo hexagonal tridimensional.

SISTEMA CRISTALINO TRIGONAL • Se caracteriza porque la celda unidad de la red cristalina tiene los tres ángulos distintos del ángulo recto, mientras que las tres aristas son iguales. La característica que lo distingue de los otros seis sistemas cristalinos es la presencia de un único Eje de simetría ternario. Trigonal romboédrico Los cristales de este sistema se clasifican en las cinco clases siguientes: Piramidal Romboédrico Piramidal Ditrigonal Trapezoédrico Escalenoédrico Hexagonal

MONOCLÍNICO • En Cristalografía, una red monoclínica es un sistema cristalino que consta de un eje binario, un plano perpendicular a éste y un centro de inversión. La denotación de la red monoclínica es 2/m. Monoclínico centradoMonoclínico simple

TRICLÍNICO • En el sistema triclínico, el cristal está descrito por vectores de longitud desigual, tal como en el sistema ortorrómbico. Además, ninguno de ellos es ortogonal con algún otro. Triclínico (a ≠ b ≠ c and α ≠ β ≠ γ )

ELEMENTOS DE SIMETRÍA • El tipo de sistema normal cristalino depende de la disposición simétrica y repetitiva de las caras que forman el cristal. Dicha disposición es consecuencia del ordenamiento interno de sus átomos y, por lo tanto, característico de cada mineral. Las caras se dispondrán según los elementos de simetría que tenga ese sistema, siendo uno de ellos característico de cada uno de los 7 sistemas.

Elasticidad Temperatura Velocidad de propagación de la luz Conductividad Anisotropía

DEFECTO CRISTALINO Un defecto cristalino es cualquier perturbación en la periodicidad de la red de un sólido cristalino. El cristal perfecto es un modelo ideal, en el que las diferentes especies (ya sean moléculas, iones o átomos neutros) están colocados de forma periódica y regular, extendiéndose hasta el infinito.

Deformación plástica Resistencia a rotura Conductividad eléctrica Color

• Constituye el defecto puntual más simple. Es un hueco creado por la perdida de un átomo que se encontraba en esa posición. Puede producirse durante la solidificación por perturbaciones locales durante el crecimiento de los cristales. También puede producirse por reordenamientos atómicos en el cristal ya formado como consecuencia de la movilidad de los átomos.

• Son defectos que dan lugar a una distorsión de la red centrada en torno a una línea. Se crean durante la solidificación de los sólidos cristalinos o por deformación plástica, por condensación de vacantes. • Hay dos tipos de dislocaciones, las de cuña y las helicoidales. También puede darse una combinación de ambas, denominada dislocación mezcla.

• Esta dislocación se forma cuando se aplica un esfuerzo de cizalladura en un cristal perfecto que ha sido separado por un plano cortante.

Por su atención… Gracias!! EXPOSICIÓN DE TEMA 1 CONCLUIDA!

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