La estructura cristalina es la disposición tridimensional de los átomos en un material sólido, que determina sus propiedades físicas y químicas. Existen varios tipos de estructuras cristalinas, como la cúbica, la hexagonal, la ortorrómbica y otras, cada una con sus propias características. En este texto, analizaremos los diferentes tipos de estructuras cristalinas, ejemplos de materiales que las poseen y su importancia en la ciencia de los materiales.
Tipos de estructura cristalina: conozca las diferentes configuraciones de disposición atómica en los materiales.
Una estructura cristalina es la forma en que se organizan los átomos en un material sólido. Existen diferentes tipos de estructuras cristalinas, cada una con sus propias características y propiedades. Comprender estas diferentes disposiciones atómicas nos ayuda a comprender mejor el comportamiento de los materiales.
Uno de los tipos más comunes de estructura cristalina es la cúbica, donde los átomos se disponen en un patrón de cubos. Otro tipo común es la hexagonal, donde los átomos forman hexágonos en capas superpuestas.
Además de estas, existen estructuras cristalinas más complejas, como la estructura tetragonal, la ortorrómbica y la trigonal. Cada una de estas estructuras posee características únicas que influyen en las propiedades de los materiales.
Es importante tener en cuenta que la estructura cristalina de un material puede afectar sus propiedades mecánicas, térmicas, eléctricas y ópticas. Por lo tanto, comprender cómo se organizan los átomos en los materiales es esencial para predecir y controlar su comportamiento.
En resumen, comprender los diferentes tipos de estructuras cristalinas nos ayuda a comprender mejor las propiedades de los materiales y a desarrollar nuevas aplicaciones para ellos. Es un aspecto fundamental de la ciencia y la ingeniería de materiales.
Conozca las 14 redes cristalinas existentes y sus características únicas para materiales sólidos.
Las redes cristalinas son disposiciones tridimensionales de átomos en un material sólido. Existen 14 tipos diferentes de redes cristalinas, cada una con características únicas. Estas redes determinan las propiedades físicas y químicas de los materiales sólidos. Conozcamos algunas de las principales redes cristalinas y sus características:
Cúbico centrado en las caras (FCC)En esta red, los átomos se encuentran en los vértices y el centro de cada cara del cubo. Es una de las redes más comunes y presenta alta densidad y buena ductilidad.
Cúbico centrado en el cuerpo (BCC)En esta red, los átomos se encuentran en los vértices y el centro del cubo. Tiene menor densidad que la red FCC y es más resistente, siendo común en metales como el hierro y el cromo.
Cúbico simple (SC)En esta red, los átomos solo están presentes en los vértices del cubo. Tiene la menor densidad entre las redes cúbicas y es la menos estable, presente en materiales como el polonio y el sodio.
Hexagonal compacto (HCP)En esta red, los átomos forman capas hexagonales compactas, con átomos adicionales en los intersticios entre ellas. Es menos común que las redes cúbicas, pero está presente en metales como el zinc y el magnesio.
Además de estas redes, existen otras como tetragonal, una Romboédrica y MonoclínicoCada una con sus propias características únicas. Comprender las diferentes redes cristalinas es crucial para comprender mejor las propiedades de los materiales sólidos y sus aplicaciones en diversos campos de la ciencia y la tecnología.
Identificar si la estructura es CCC o CFC: aprende a diferenciarlas fácilmente.
Para identificar si una estructura cristalina es BCC (cúbica centrada en el cuerpo) o FCC (cúbica centrada en las caras), es importante observar la posición de los átomos dentro de la celda unitaria. En la estructura BCC, los átomos se ubican en los vértices y el centro del cubo. En la estructura FCC, los átomos se ubican en los vértices y las caras del cubo.
Una forma sencilla de diferenciar las dos estructuras es contar el número de átomos presentes en cada celda unitaria. En la estructura BCC, hay un átomo en el centro del cubo y ocho átomos en las esquinas, lo que suma un total de dos átomos por celda. En la estructura FCC, hay un átomo en el centro del cubo y seis átomos en las caras, además de los ocho átomos en las esquinas, lo que suma un total de cuatro átomos por celda.
Por lo tanto, al analizar la estructura cristalina de un material, cuente el número de átomos en la celda unitaria y determine si corresponde a 2 átomos (BCC) o 4 átomos (FCC). Con esta simple observación, podrá identificar fácilmente si la estructura es BCC o FCC.
Identificación de la estructura cristalina: consejos y métodos para reconocer la organización de los átomos.
La estructura cristalina es la disposición de los átomos en un material, que determina sus propiedades físicas y químicas. Identificar la estructura cristalina de un material es esencial para comprender su comportamiento y aplicaciones. Existen varios consejos y métodos para reconocer la disposición de los átomos en una estructura cristalina.
Un consejo importante es observar la forma de los cristales. Cristales Son estructuras sólidas con una forma geométrica definida que refleja la disposición de los átomos. La forma de los cristales puede indicar el tipo de estructura cristalina presente en el material.
Otro método para identificar la estructura cristalina es la difracción de rayos X. Cuando un haz de rayos X incide en un material cristalino, los átomos de la estructura cristalina difractan los rayos X, produciendo un patrón característico. El análisis de este patrón puede revelar la disposición de los átomos en el material.
La microscopía electrónica de transmisión es otro método eficaz para identificar la estructura cristalina. Esta técnica permite la visualización directa de la disposición de los átomos en un material, lo que facilita un análisis detallado de la estructura cristalina.
En resumen, identificar la estructura cristalina de un material es crucial para comprender sus propiedades y aplicaciones. La observación de las formas de los cristales, la difracción de rayos X y el uso de la microscopía electrónica de transmisión son algunos de los métodos disponibles para reconocer la disposición de los átomos en una estructura cristalina.
Estructura cristalina: estructura, tipos y ejemplos
A estructura cristalina Es uno de los estados sólidos que pueden adoptar los átomos, iones o moléculas en la naturaleza, caracterizado por un alto orden espacial. En otras palabras, esto evidencia la "arquitectura corpuscular" que define a muchos cuerpos con apariencia vítrea y brillante.
¿Qué promueve o qué fuerza es responsable de esta simetría? Las partículas no están solas, sino que interactúan entre sí. Estas interacciones consumen energía y afectan la estabilidad de los sólidos, por lo que las partículas buscan acomodarse entre sí para minimizar esta pérdida de energía.
Por lo tanto, su naturaleza intrínseca los lleva a formar la disposición espacial más estable. Por ejemplo, este podría ser un caso donde las repulsiones entre iones con cargas similares son mínimas o donde los átomos, como los metálicos, ocupan el mayor volumen posible en sus empaquetamientos.
La palabra "cristal" tiene un significado químico que puede distorsionarse en otros cuerpos. Químicamente, se refiere a una estructura ordenada (microscópicamente) que, por ejemplo, podría estar compuesta por moléculas de ADN (un cristal de ADN).
Sin embargo, se suele usar erróneamente para referirse a cualquier objeto o superficie vítrea, como espejos o botellas. A diferencia de los cristales auténticos, el vidrio consiste en una estructura amorfa (confusa) de silicatos y muchos otros aditivos.
Estructura
Las esmeraldas se ilustran en la imagen superior. Muchos otros minerales, sales, metales, aleaciones y diamantes presentan una estructura cristalina; pero ¿qué relación guarda su orden con la simetría?
Si a un cristal, cuyas partículas pueden observarse a simple vista, se le realizan operaciones de simetría (invertirlo, rotarlo en diferentes ángulos, reflejarlo en un plano, etc.), se comprobará que permanece intacto en todas las dimensiones del espacio.
Lo contrario ocurre con un sólido amorfo, del cual se obtienen diferentes sistemas al someterlo a una operación de simetría. Además, este carece de patrones de repetición estructural, lo que demuestra la aleatoriedad en la distribución de sus partículas.
¿Cuál es la unidad más pequeña que conforma el patrón estructural? En la imagen superior, el sólido cristalino es simétrico en el espacio, mientras que el sólido amorfo no lo es.
Si se dibujaran cuadrados que aplicaran esferas naranjas y operaciones de simetría, generarían otras partes del cristal.
Lo anterior se repite con cuadrados cada vez más pequeños, hasta encontrar uno que sea asimétrico; el que lo precede en tamaño es, por definición, la celda unitaria.
Celda unitaria
La celda unitaria es la expresión estructural mínima que permite la reproducción completa del sólido cristalino. A partir de ella, es posible ensamblar el vidrio, moviéndolo en todas las direcciones del espacio.
Puede considerarse un pequeño cajón (baúl, cubo, contenedor, etc.) donde se colocan partículas, representadas por esferas, siguiendo un patrón de llenado. Las dimensiones y geometrías de este cajón dependen de las longitudes de sus ejes (a, b y c), así como de los ángulos entre ellos (α, β y γ).
La más simple de todas las celdas unitarias es la estructura cúbica simple (imagen superior (1)). En esta, los centros de las esferas ocupan las esquinas del cubo, con cuatro en la base y cuatro en el techo.
En esta disposición, las esferas apenas ocupan el 52% del volumen total del cubo y, como la naturaleza aborrece el vacío, no son muchos los compuestos o elementos que adopten esta estructura.
Sin embargo, si las mismas esferas del cubo se disponen de forma que ocupen el centro (cúbicas en el cuerpo, bcc), se requerirá un empaquetamiento más compacto y eficiente (2). En este caso, las esferas ocupan el 68 % del volumen total.
Por otra parte, en (3) ninguna esfera ocupa el centro del cubo, pero sí el centro de sus caras, y todas ellas ocupan hasta el 74% del volumen total (centro cúbico en las caras, ccp).
Así, se puede observar que se pueden obtener otros arreglos para un mismo cubo, variando la forma en que se empaquetan las esferas (iones, moléculas, átomos, etc.).
Tipos
Las estructuras cristalinas se pueden clasificar según sus sistemas cristalinos o la naturaleza química de sus partículas.
Por ejemplo, el sistema cúbico es el más común de todos y muchos sólidos cristalinos se rigen por él; sin embargo, este mismo sistema se aplica a los cristales iónicos y a los cristales metálicos.
Según tu sistema cristalino
Los siete sistemas cristalinos principales se representan en la imagen anterior. Cabe destacar que, de hecho, catorce de ellos son producto de otras formas de empaquetamiento para los mismos sistemas y comprenden las redes de Bravais.
De (1) a (3) se presentan cristales con sistemas cristalinos cúbicos. En (2) se puede observar (por las franjas azules) que la esfera central y la esfera de la esquina interactúan con ocho vecinas, de modo que las esferas tienen un número de coordinación de 8. Y en (3), el número de coordinación es 12 (para comprobarlo, es necesario duplicar el cubo en cualquier dirección).
Los elementos (4) y (5) corresponden a los sistemas tetragonales simples y centrados. A diferencia del cúbico, su eje c es más largo que los ejes a y b.
De (6) a (9) se presentan los sistemas ortorrómbicos: desde los simples centrados en las bases (7), hasta los centrados en el cuerpo y las caras. En estos, α, β y γ son de 90°, pero todos los lados tienen longitudes diferentes.
Las figuras (10) y (11) son cristales monoclínicos y (12) son triclínicos, presentando las últimas desigualdades en todos sus ángulos y ejes.
El elemento (13) es el sistema romboédrico, análogo al cúbico, pero con un ángulo γ distinto de 90°. Finalmente, están los cristales hexagonales.
Los desplazamientos de los elementos (14) dan lugar al prisma hexagonal dibujado por las líneas punteadas verdes.
Según su naturaleza química
– Si los cristales están formados por iones, son cristales iónicos presentes en sales (NaCl, CaSO 4 , CuCl 2 , KBr, etc.)
– Moléculas como la glucosa forman (siempre que sea posible) cristales moleculares; en este caso, los famosos cristales de azúcar.
Los átomos cuyos enlaces son esencialmente covalentes forman cristales covalentes. Este es el caso del diamante y el carburo de silicio.
– De manera similar, metales como el oro forman estructuras cúbicas compactas, que constituyen cristales metálicos.
Ejemplos
K 2 Cr 2 O 7 (sistema triclínico)
NaCl (sistema cúbico)
ZnS (wurtzita, sistema hexagonal)
CuO (sistema monoclínico)
Referencias
- Quimitube (2015). Por qué los “cristales” no son cristales Recuperado el 24 de mayo de 2018 de: quimitube.com
- Press Books 10.6 Estructuras reticulares en sólidos cristalinos. Recuperado el 26 de mayo de 2018 de: opentextbc.ca
- Centro de Recursos Académicos de Estructuras Cristalinas. [PDF]. Recuperado el 24 de mayo de 2018 de: web.iit.edu
- Ming (30 de junio de 2015). Tipos de estructuras cristalinas Recuperado el 26 de mayo de 2018 de: crystalvisions-film.com
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (31 de enero de 2018). Tipos de cristales Recuperado el 26 de mayo de 2018 de thoughtco.com
- Instituto de Salud (2007). Estructuras cristalinas Recuperado el 26 de mayo de 2018 de: folk.ntnu.no
- Paweł Maliszczak. (25 de abril de 2016). Cristales de esmeralda en bruto del valle de Panjshir, Afganistán [Figura]. Recuperado el 24 de mayo de 2018 de: commons.wikimedia.org
- Napy1kenobi. (26 de abril de 2008). Malhas Bravais. [Cifra]. Obtenido el 26 de mayo de 2018 de: commons.wikimedia.org
- Usuario: Sbyrnes321. (21 de noviembre de 2011). Cristalino o amorfo. [Figura]. Recuperado el 26 de mayo de 2018 de: commons.wikimedia.org