Tema 9. SOLIDOS COVALENTES

Tema 9. SOLIDOS COVALENTES
Introducción
Estructuras de no-metales
Boro
Carbono
Fósforo
Arsénico, Antimonio y Bismuto
Selenio y Telurio
Estructuras de óxidos
Estructuras basadas en tetraedros
Estructuras basadas en octaedros
Otras estructuras
http://www.chem.ox.ac.uk/icl/heyes/structure_of_solids/Lecture4/Lec4.html
http://www.univ-lemans.fr:80/enseignements/chimie/01/theme0.html
http://cst-www.nrl.navy.mil/lattice/
http://lutton.kenyon.edu/marusak/chem343/ICinfo.htm
Juan M. Gutiérrez-Zorrilla.
Química Inorgánica. 2005
Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2005
1
Introducción
 Los sólidos covalentes están formados por átomos
covalentemente unidos a sus inmediatos vecinos.
¾ Los enlaces son direccionales y determinan el ordenamiento
geométrico de los átomos en la estructura cristalina.
¾ La rigidez de su estructura electrónica hace que los sólidos
covalentes sean duros y poco deformables.
¾ No son buenos conductores ni del calor ni la electricidad (no hay
electrones libres).
¾ Algunos son semiconductores.
¾ El color depende de la energía del gap.
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Estructura de los cristales covalentes
 La formación de las redes cristalinas de sólidos covalentes debe
entenderse en base a lo siguiente:
¾ El poliedro de coordinación de cada átomo depende de su estructura electrónica.
¾ La disposición y conexión de todos los poliedros de la red debe ser compatible con
las exigencia de valencia de todos los átomos.
 Conectividad (P). “Regla 8-N”
¾ Las estructuras de los elementos no-metálicos viene gobernada por la regla:
P = 8-N
P
1
2
3
4
Tipo de estructura Dímeros
Anillos
Cadenas Capas
Redes 3D
Ejemplo
S8
α-Se
diamante
I2
As
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2
Estructura de no-metales
13
14
15
B
C
C
icosaédrico
diamante
grafito
Al
Si
metálico
diamante
Ga
Ge
metálico
In
Sn
N2
P
P
negro
capas
rojo
cad.
As
diamante
Sn
16
O2
O3
P4
S
S6
blanco
polimer.
S8
As4
Se
capas
(amarillo)
hélice
Sb
Sb
Te
(amarillo)
hélice
(gris)
17
Se8
metálico
(blanco)
(gris)
metálico diamante
Tl
Pb
Bi
Po
metálico
metálico
capas
metálico
(gris)
capas
F2
Cl2
Br2
I2
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Boro
Romboédrico: R-3m
a=5.057Å, α=58.06°
Z=12 D=2.46 g·cm−3
B-B(puente): 1.70-2.02 Å
B-B(icosaedro): 1.73-1.79 Å
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3
Diamante
C
Cúbico: Fd3m
a (Å)
3.5668
V (Å3)
45.37
Z
8
−3
D(g·cm ) 3.514
M-M (Å) 1.544
Si
Ge
Sn
5.4199
159.2
8
2.344
2.347
5.6576
181.1
8
5.325
2.45
5.769
192.0
8
8.20
2.50
Cullinan Diamond 3106 carats in its
uncut state.
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Hexagonal: P3
a (Å)
2.456
c (Å)
6.696
32.67
V (Å3)
Z
4
−3
D (g·cm ) 2.439
Carbono
(grafito)
C-C: 1.418 Å
capa-capa: 3.35 Å
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4
Fósforo (Hittorf)
Monoclinico: P2/c
a (Å)
9.21
b (Å)
9.15
c (Å)
22.60 Å
β (°)
106.1
V (Å3)
1829.9
Z
84
D (g·cm−3) 2.36
P-P (Å)
2.17 - 2.30
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Fósforo (negro)
Ortorrómbico: Cmca
a (Å)
3.3133
b (Å)
10.473
c (Å)
4.374
3
V (Å )
151.8
Z
8
−3
D (g·cm ) 2.71
P-P (Å)
2.22, 2.28
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5
Arsénico, Antimonio y Bismuto
As
Trigonal: R-3m
a (Å)
3.7598
c (Å)
10.5475
129.1
V(Å3)
Z
6
5.782
D(g·cm−3)
M-M (Å)
2.52
M-M(intercapas) 3.12
Sb
Bi
4.3084
11.274
181.2
6
6.691
2.91
3.35
4.456
11.862
212.3
6
9.747
3.03
3.50
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Selenio
Telurio
Se
Trigonal: P312
a(Å)
4.3662
c(Å)
4.9536
3
V (Å )
81
Z
3
−3
D(g·cm ) 4.83
M-M (Å) 2.37
Te
4.411
5.934
100
3
6.232
1.98-2.03
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6
Óxidos basados en Td
β-cristobalita (SiO2)
Cubico: Fd3m
a (Å)
7.160
3
367.06
V (Å )
Z
8
D (g·cm−3 ) 2.174
Si-O (Å)
1.550
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Óxidos basados en Oh
Trióxodo de renio (ReO3)
Cubico: P m-3m
a (Å)
3.734
52.1
V (Å3 )
Z
1
D (g·cm−3) 7.46
Re-O (Å)
1.867
Estructuras relacionadas
WO3, AlF3, ScF3, FeF3, CoF3
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7
Perovskita
Perovskita (BaTiO3)
Tetragonal: P 4mm
a (Å)
3.9998
c (Å)
4.018
V (Å3)
64.3
Z
1
D (g·cm−3) 6.02
Ti-O (Å) 1.87, 2.15, 2.00
Ba-O (Å) 2.79, 2.83, 2.88
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Superconductor: YBa2Cu3O7
http://superconductors.org/
YBa2Cu3O9
YBa2Cu3O7
Ba
X3
−2O
Y
Cu
O
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8
K2NiF4
Tetrafluoroniccolato de potasio
Tetragonal: P 4/mmm
a (Å)
4.013
b (Å)
13.088
210.8
V (Å3
Z
2
D (g·cm−3) 3.35
Ni-F (Å)
2.007
K-F (Å)
2.62, 2.77, 2.84
Estructuras relacionadas
La2CuO4 superconductores
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MgB2
Hexagonal: P 6/mmm
a (Å)
3.086
b (Å)
3.524
27.15
V (Å3
Z
1
D (g.cm−3) 2.81
B-B (Å)
1.78
Mg-Mg (Å) 3.09
B-Mg (Å)
2.51
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9
χ(B)
1.0
M
al
et
2.0
Aleaciones
es
Triángulo
de Ketalaar
1.5
Metálico
2.5
3.0
4.0
Fases Subóxidos Sales
iónicas
Zintl
Iónico
χ(A)
1.5
o
ic
m
Se
Sales
Intersticiales iónicas
Intermedio polarizadas
Estructura
en capas Redes 3D
(silicatos)
1.0
o
ct
Cadenas
s
re
a lo largo de la
diagonal
u
nd
χ(A) = χ(B)
Enlace
secundario
Covalente
Moléculas
covalentes
2.0
2.5
oN
al
et
m
3.0
es
4.0
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10