Estructuras Cristalinas

P2

Química Inorgánica

ESTRUCTURAS CRISTALINAS (P2)
Objetivos
- Visualización de estructuras de sólidos mediante el uso de modelos
- Estudio de redes cristalinas basadas en ordenamientos de esferas de igual tamaño
- Identificación de celdas unitarias y estudio de sus principales características
Introducción
Los sólidos se pueden dividir en dos categorías: cristalinos y amorfos. En un
sólidocristalino, sus átomos, iones o moléculas ocupan posiciones específicas, con un
ordenamiento regular bien definido y repetitivo de largo alcance. Gracias a la
distribución regular de estas partículas en el sólido, se consigue que las fuerzas netas de
atracción entre las mismas sean máximas. En cambio, un sólido amorfo como el vidrio,
carece de un ordenamiento bien definido y de un orden molecular delargo alcance.
Las fuerzas responsables de la estabilidad de un cristal pueden ser iónicas (como
en el NaCl), covalentes (como en el grafito o los cristales metálicos), de van der Waals
(en el iodo), de enlaces de hidrógeno (hielo) o una combinación de ellas.
El estudio de la disposición de los componentes en los sólidos cristalinos forma
parte esencial de un curso de Química Inorgánicaestructural. Esta tarea puede resultar
muy árida si no se la aborda con algún criterio de sistematización. Afortunadamente, se
ha encontrado que los tipos de estructuras observadas para la gran mayoría de las
sustancias inorgánicas son limitadas, y en estos casos, la estructura de un compuesto
dado generalmente puede derivarse a partir de una estructura común, llamada estructura
típica.
Las estructurascristalinas se determinan por lo regular mediante la técnica de
difracción de rayos X. Esta técnica se basa en el hecho de que los espaciados atómicos
en los cristales son del mismo orden de magnitud que la longitud de onda de los rayos X
(del orden de 1 Å o 100 pm) y por lo tanto un cristal actúa como una rejilla de
difracción ante el haz de radiación. El patrón de dispersión que se obtiene serácaracterístico de cada cristal y a partir de él se puede deducir el arreglo de las partículas
en el retículo sólido.
Redes cristalinas y celdas unitarias
Los cristales son partículas sólidas con forma regular y caras planas y brillantes.
Aunque los cristales de una misma sustancia pueden variar considerablemente en su
forma, el ángulo entre caras similares de cristales diferentes de la misma sustanciaes
siempre idéntico.
La regularidad de la apariencia externa de los cristales es un reflejo de un alto
grado de orden interno. Cada cristal se deriva de un “bloque de construcción” básico
que se repite una y otra vez, en todas direcciones, de manera perfectamente regular.
Este bloque de construcción se denomina celda unitaria o celda unidad.
Para poder describir y clasificar una estructuracristalina, es necesario definir la
forma y la simetría de la celda unitaria, junto con su tamaño y las posiciones de los
átomos dentro de ella.

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Química Inorgánica

Figura 1
Conjunto de objetos espaciados de manera uniforme en dos dimensiones

El diseño que se ilustra en la figura 1, muestra un ordenamiento regular sencillo
de formas u “objetos” en dos dimensiones. Si colocamos un punto en elmismo lugar de
cada objeto (en su centro, por ejemplo) y quitamos luego los objetos, dejando
únicamente los puntos, se obtiene un diagrama similar al de la figura 2. En este caso, se
ha conseguido un arreglo de puntos que se pueden visualizar como los vértices de
cuadrados contiguos, o de los azulejos sobre una pared. Esta malla de puntos se llama
red, y cada punto reticular tiene obviamenteentornos idénticos.
El cuadrado que aparece sombreado en la red de la figura 2 puede ser tomado
como su celda unidad. Si se parte de esta celda unidad y se la repite una y otra vez a
derecha e izquierda y hacia abajo y arriba se reproduce la red original completa. No
existe una celda unidad única que sea la “correcta”. La figura 3 muestra varias celdas
posibles para la misma red. La repetición de...