structures

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 carácteriónico y covalente del enlace para algunos materiales cerámicos F
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

0,7

11

89
2

Bloque I.- Estructuras Cristalinas

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

Los iones tienden a
empaquetarse
densamente para ↓Etotal

Tamaño C+ A- F(en general rcatión< ranión)
Electroneutralidad
Índice de coordinación (Al ↑ I.C. D↑ estabilidad)

ƒh.o
ƒh.t

En estructuras
COMPACTAS es
cierto que

FCC

h.o

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

h.t

3Bloque I.- Estructuras Cristalinas

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

ESTABLES

Número de
Coordinación

rC/rA

Geometría de
coordinación

2

<0,155

A cada lado

3

0,155-0,225

4

0,225-0,414

6

0,414- 0,732

8

0,732-1

Vértices de un
triángulo
Vértices de un
tetraedro
Vértices de un
octaedroVértices de un
cubo

INESTABLE
Fvibra en su jaula de A-

4

Bloque I.- Estructuras Cristalinas

Empaquetamiento de iones en estructuras iónicas
¿Índice de Coordinación para los sólidos iónicos CsCl y NaCl?
Cs+=0,170 nm

rCs +
rCl −

rNa +
rCl −

Na+=0,102 nm

Cl-=0,181 nm

= 0,94 > 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

80,732-1

Geometría
Vértices de un
octaedro
Vértices de un
cubo

5

Bloque I.- Estructuras Cristalinas

Empaquetamiento de iones en estructuras iónicas

6

Bloque I.- Estructuras Cristalinas

a) Estructura cristalina tipo NaCl
ƒCl-: empaquetamiento fcc
ƒNa: todos h.o., I.C.: 6
ƒCeldilla 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

ƒCl-: empaquetamiento cúbico primitivo
ƒCs+: centro de cubo
ƒI.C (Cs).: 8
Cerámicas que adoptan este tipo estructural: CsBr,
TlCl, TlBr, aleaciones CuZn, AlNi.
7

Bloque I.- Estructuras Cristalinas

c) Estructura cristalina tipo blenda, ZnS
ƒ S2-: empaquetamiento fcc
ƒZn2+: ½ h.t.
ƒI.C.: 4
ƒ4

Zn2+

r Zn2+
y4

S2-

porcelda 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 diamante

8

Bloque I.- Estructuras Cristalinas

d) Estructura cristalina tipo FLUORITA CaF2
ƒCa2+: empaquetamiento fcc
ƒF-: todos h.t. (8)
ƒI.C.(Ca2+): 8 ; I.C.(F-): 4Ca2+
FR(Ca2+)
Empaquetamiento cúbico primitivo de FCa2+ : centro cubo
Cerámicas que adoptan este
estructural: UO2, ThO2, CeO2,,…

tipo
9

Bloque I.- Estructuras Cristalinas

e) Estructura cristalina tipo PEROVSKITA, ABO3 (BaTiO3)
A y B cationes con diferente tamaño
(rA>>>rB)
ƒ O2- y Ca2+: empaquetamiento fcc
ƒ Ti4+: 1/4 h.0.
ƒI.C.(Ti2+): 6 ;

I.C.(Ca2+): 12

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

Materiales ferroeléctricos,
Superconductores:
YBa2Cu3O7
TIPO A

10

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

ƒEmpaquetamiento casi fcc: O2-

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

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