Estructuras Cristalinas

Bloque I.- Estructuras Cristalinas

Estructuras Cristalinas
Bibliografía:
• “Solid State Chemistry: An introduction”, L. Smart and
E. Moore. 1992
• “Solid State Chemistry and its applications”, A.R. West.
1984

1

Bloque I.- Estructuras Cristalinas

Enlace en Cerámicos
Iónico

Covalente

Mezcla

Pauling: % Carácter Iónico=

−( X A − X B )
⎧
⎪
4
100·⎨1 − e
⎪
⎩

2⎫
⎪
⎬
⎪
⎭

Porcentaje de carácter iónico y covalente del enlace para algunos materiales cerámicos
determina la ESTRUCTURA CRISTALINA

Material
Cerámico

Átomos
XA - XB
enlazados

% Carácter
iónico

% Carácter
covalente

MgO

Mg—O

2,3

73

27

Al2O3

Al—O

2,0

63

37

SiO2

Si—O

1,7

51

49

Si3N4

Si—N

1,2

30

70

SiC

Si-C

0,711

89
2

Bloque I.- Estructuras Cristalinas

Empaquetamiento de iones en estructuras iónicas
Estructura iónica: empaquetamiento de aniones con cationes en intersticios

Los iones tienden a
empaquetarse
densamente para ↓Etotal

Tamaño C+ A-

(en general rcatión< ranión)

Electroneutralidad
Índice de coordinación (Al ↑ I.C.

h.o
h.t

En estructuras
COMPACTAS es
ciertoque

FCC

h.o

↑ estabilidad)

Nº huecos tetraédricos=2n
Nº huecos Octaédricos=n
n = Nº átomos de la celda
unidad

h.t

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Bloque I.- Estructuras Cristalinas

Empaquetamiento de iones en estructuras iónicas
La relación de radios cuando los A- y C+ están en contacto
de radios crítica

Relación

Número de
Coordinación

Geometría de
coordinación

2

0,732 ⇒ I .C = 8⇒ Coord . Cúbica

= 0,56 > 0,414 ⇒ I .C = 6 ⇒ Coord. Octaédrica

I.C.

rC/rA

6

0,414- 0,732

8

0,732-1

Geometría
Vértices de un
octaedro
Vértices de un
cubo

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Bloque I.- Estructuras Cristalinas

Empaquetamiento de iones en estructuras iónicas

6

Bloque I.- Estructuras Cristalinas

a) Estructura cristalina tipo NaCl
Cl-: empaquetamiento fcc
Na: todosh.o., I.C.: 6
Celdilla unidad: 4 Na+ y 4 ClCerámicas que adoptan este tipo estructural: haluros
alcalinos (excp. Cs y Tl), MgO, CaO, FeO, NiO

b) Estructura cristalina tipo CsCl

Cerámico prop. Aislante eléctrico

Cl-: empaquetamiento cúbico primitivo
Cs+: centro de cubo
I.C (Cs).: 8
Cerámicas que adoptan este tipo estructural: CsBr,
TlCl, TlBr, aleaciones CuZn, AlNi.
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Bloque I.-Estructuras Cristalinas

c) Estructura cristalina tipo blenda, ZnS
S2-: empaquetamiento fcc
Zn2+: ½ h.t.
I.C.: 4
4

Zn2+

r Zn2+
y4

S2-

por celda unidad

r S 2−

= 0.345⇒ I.C. = 4

Según Pauling enlace Zn-S ~87% covalente
Cerámicas que adoptan este tipo estructural: CdS, HgS
Células solares: Fotoconductores cerámicos

Si todos los atm. fueran iguales: ⇒ Estructura diamante8

Bloque I.- Estructuras Cristalinas

d) Estructura cristalina tipo FLUORITA CaF2
Ca2+: empaquetamiento fcc
F-: todos h.t. (8)
I.C.(Ca2+): 8 ; I.C.(F-): 4

Ca2+
FR(Ca2+)>>rB)
O2- y Ca2+: empaquetamiento fcc
Ti4+: 1/4 h.0.
I.C.(Ti2+): 6 ;

I.C.(Ca2+): 12

Cerámicas que adoptan este
tipo estructural: BaTiO3,
CaTiO3, SrTiO3, PbZrO3,,
KNbO3, LiNbO3,…

Materialesferroeléctricos,
Superconductores:
YBa2Cu3O7
TIPO A

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f) Estructura cristalina tipo ESPINELA, AB2O4
A2+B23+O4

Empaquetamiento casi fcc: O2-

Celda Unidad: 56 iones (8 A, 16 B y 32 O) y
96 posiciones reticulares:
64: h. Tetraédricas ⇒ (1/8) : 8 h.t.
32: h. Octaédricas⇒ (1/2) : 16 h.o.

Sol. Sólidas
(A1-xBx)t(B2-xAx)oO4
ESPINELA NORMAL
A2+: 8 h.t.B3+: 16 ho

ESPINELA INVERSA
A2+: 8 h.o.
B3+: 8 h.o.
B3+: 8 h.t.

Los cerámicos magnéticos comerciales están basados en la estructura espinela:
MgFe2O4, NiFe2O4, MnFe2O4, y otros óxidos ferrimagnéticos.
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g) Estructura cristalina tipo CORINDÓN Al2O3
O2-: empaquetamiento hcp → 6 iones/celdilla
Al3+: 2/3 h.o. (ELECTRONEUTRALIDAD)
I.C....