fundamentos de la cristaloquímica

7/23/2019 Fundamentos de La Cristaloqumica

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FUNDAMENTOS DE LACRISTALOQUMICA


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FUNDAMENTOS DE LA CRISTALOQUMICA

DE QU TRATA ESTE CAPTULO?

Se trata de revisar algunas de las leyes qumicas deespecial importancia para el estudio de los procesosgeolgicos.

QU IMPORTANCIA TIENEN ESTAS LEYES?Estas leyes son relevantes sobre todo para losprocesos que tienen lugar en la corteza terrestre,pues, a mayores profundidades, la materia sujeta aelevadsimas presiones y temperaturas se comporta

segn leyes en parte desconocidas.QU ESPERAMOS DE ESTA REVISIN?Esta breve revisin aspira a refrescar algunosconceptos bsicos.


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CRISTALOQUMICA

EN QU ESTADO SE ENCUENTRA LA TIERRA?

Casi toda la Tierra, con excepcin parcial del

ncleo, es slida.

Ello significa que los tomos de los distintos

elementos estn ordenados regularmente segnlas leyes de la simetra cristalogrfica y ligados

por fuerzas de valor definido; en otras palabras,

la Tierra es, en su mayor parte, cristalina.


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EN QU ESTADO SE ENCUENTRA LA TIERRA?


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CRISTALOQUMICAPOR QU FACTORES LAS CARACTERSTICAS DEL

ORDENAMIENTO Y D LAS LIGADURAS ATMICASESTN DETERMINADAS?

Los factores predominantes son:

Tamao de los tomos e iones,

La configuracin orbital de los electrones y

La carga elctrica.

De estos factores dependen la distribucin geomtrica

de los tomos y la magnitud de las fuerzas que losmantienen unidos.


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CRISTALOQUMICAQU ES COORDINACIN?

Es cuando dos o mas elementos (A, B, . . . ) se unen para

formar un compuesto cristalino, los tomos (o iones, segn

el caso) de B se disponen alrededor de los tomos de A, y

viceversa, en una forma ms o menos regular.

El nmero de tomos de B situados alrededor de A se llama

nmero de coordinacin de A respecto de B, y su valor

depende en primer lugar de sus tamaos relativos.


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QU ES COORDINACIN?


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CRISTALOQUMICA

QU OCURRE CUANDO ES MS GRANDE EL TOMO

CENTRAL?

Cuanto ms grande sea el tomo central A

respecto de B, mayor ser el nmero de tomos

del segundo que pueden acomodarse a sualrededor, conservando a la vez entre s la

mnima distancia posible.

Los nmeros de coordinacin varan de 2 hasta12, pero los ms comunes son 2, 3, 4, 6 y 8.


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COORDINACINLa disposicin usual de los tomos es en configuracin de

tringulo (coordinacin 3), tetraedro (4), hexaedro (6), octaedro

(8), e icosaedro (12).


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COORDINACIN

En la coordinacin 2, la disposicin ms regular

(simtrica) consiste en dos tomos

diametralmente opuestos.


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COORDINACI N

Para un nmero dado puede haber distintas

configuraciones; por ejemplo, aunque eltetraedro es la forma geomtrica tpica de la

coordinacin 4 (el grupo SiO4 - 4 del cuarzo y los

silicatos).


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COORDINACIN

QU INDICA LA RELACIN ENTRE RADIOS DE DOS IONES?

La relacin de radios RA/RBentre dos iones permite predecir

la coordinacin ms favorable.

Si RA/RB= 0 - 0,155, el nmero es 2. O sea que, siendo el ioncentral muy pequeo, no pueden acomodarse mas que dos

iones, uno a cada lado; si fueran tres, el espacio que

dejaran en el centro sera excesivamente grande para A, en

detrimento de su estabilidad.


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COORDINACIN

Las siguientes relaciones son:

RA/RB= 0,155 - 0,225, coordinacin 3;

RA/RB= 0, 225 - 0,414, coordinacin 4;

RA/RB= 0, 414 - 0,732, coordinacin 4 6;yRA/RB= 0, 732 -1,0, coordinacin 8 12.

Los iones con similar relacin RA/RB, e incluso el

mismo par de iones, pueden cristalizar condistintas coordinaciones si la relacin de sus

radios tiene un valor cercano al limite.


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COORDINACIN

QU EXPRESA EL NMERO DE COORDINACIN?

El nmero de coordinacin suele expresar el

nmero de aniones (02-, Cl1-, etc. ) que rodean al

catin, y no a la inversa.

Segn la estructura, la coordinacin del anin

puede ser igual (por ejemplo, NaCl) a la del catin

o ser distinta (CaCO3).


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COORDINACINUn catin rodeado de aniones est ligado a ellospor su carga electrosttica (vase enlaces atmicose inicos); cada anin recibe una parte alcuota dela carga total del catin, de modo que ningunaporcin de esta carga se extiende mas all de losaniones coordinados.

Esta premisa, expresada por primera vez por LinusPauling, es llamada "principio de la coordinacin", yconstituye una de las leyes Fundamentales de laCristaloqumica.

Se le puede expresar tambin diciendo que latotalidad de la carga de un catin est saturada porlos aniones inmediatos que lo rodean.


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COORDINACIN

Aunque la distancia entre el catin central y

cada uno de los aniones coordinados es

generalmente la misma, hay estructuras donde

ello no es as.

Por ejemplo, en el mineral rutilo (TiO2), cada Ti

est rodeado de seis oxgenos en forma de un

octaedro levemente (2%) alargado en uno desus ejes.


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COORDINACIN


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COORDINACIN

An ms marcada es la diferencia de la distancia

Ca-O en el granate grossularita (coordinacin 8),

donde hay dos grupos de 4 cuya diferencia de

distancias Ca-O es de casi 7%.


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ENLACE QUMICO


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ENLACES ATMICOS Y INICOS

Cuando vemos un gran edificio, seguramente no

pensamos en las grandes fuerzas que tienen quesoportar sus cimientos y en las tensiones que se

originarn entre sus paredes.

Pero, a pesar de todo, el edificio sigue en pie.Existen unas fuerzas superiores que mantienen

todo el conjunto unido y mientras no exista

ningn elemento que rompa este equilibrio, todopermanecer inalterable.


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ENLACES ATMICOS Y INICOS

Hemos visto que las molculas estn formadas

por tomos y que a pesar de ser distintos, estnunidos entre si.

Las fuerzas que unen estos tomos reciben el

nombre de enlace.


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ENLACE QUMICOLos enlaces qumicos son las fuerzas de distinto tipo

que mantienen unidos los tomos de una molcula.Existen diversos modelo deenlace, el ms sencillo yfcil de comprender es el de electrones devalencia.

Este modelo se basa en la tendencia que tienen lostomos a parecerse a los gases nobles.

As, segn este modelo, un tomo se unir a otrotomo para que el nmero de electrones nivel,

junto a los compartidos o intercambiados con loselectrones del otro tomo sean igual a los queposee el gas noble mas cercano en la Tabla,

generalmente, ocho.


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ENLACE INICOSi vas a la cocina encontrars una sustancia pura,

blanca y cristalina que llamamos sal.Su nombre qumico es cloruro sdico y esta

compuesto por cloro y sodio.

S miramos dnde estn estos elementos en la tabla,

veremos que el sodio (Na) est en el grupo IA y que el

cloro (Cl) en el VIIA y por, tanto, poseen uno y siete

electrones en el ltimo nivel respectivamente.

Los gases nobles mas cercanos a estos elementosposeen 8 electrones en su ltimo nivel menos el

helio.


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ENLACE INICO

Adems los elementos del grupo IA pierden confacilidad los electrones mientras que los del VIIA losganan.

Si el Sodio da su nico electrn al Cloro ambos

quedan con ocho ya que el Sodio en el nivelanterior tena ocho electrones.

Al perder una carga negativa el Sodio quedarcargado positivamente y al ganar el electrn el

Cloro quedar cargado negativamente.Ambos quedaran unidos por la fuerza de atraccinque existe entre las cargas positivas y negativas.


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ENLACE INICO


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ENLACE COVALENTE


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ENLACE COVALENTE

Qu suceder cuando ninguno de los dos tomostiende a perder electrones?

En este caso el intercambio es imposible. Peroconocemos sustancias como el Cloro (Cl2), elOxgeno (O2) o el Nitrgeno (N2) y muchos ms que

estn formados por dos tomos de la derecha de laTabla.

En este caso se considera que para adquirir esasemejanza con los gases nobles compartirn uno,

dos y hasta tres o ms electrones de sus ltimosniveles.

Este tipo de enlace se denomina COVALENTE.


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ENLACE METLICOSi los tomos unidos estn situados a la izquierda

de la Tabla, todos ellos tienen tendencia a liberarelectrones pero ninguno los puede aceptar.

Uno de los modelos propuestos para este tipo deenlace es el siguiente:

Todos los tomos pierden la propiedad de suselectrones del ltimo nivel, que quedan libres de suncleo pero pasan a ser compartidos, no por losncleos de dos tomos como suceda en el enlacecovalente, sino por los ncleos de todos los tomosque forman el slido.


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ENLACE METLICO


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ENLACE DE VAN DER WAALS


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ENLACE DE VAN DER WAALS

TAMAO DE LOS IONES


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TAMAO DE LOS IONES

Considerado aisladamente, el tomo no tiene un

tamao definido, pues sus electrones se

distribuyen de manera similar a la atmsfera

terrestre.

TAMAO DE LOS IONES


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TAMAO DE LOS IONES

Cundo el concepto de tamao adquiere sentido?

Cuando los tomos se unen entre s.Qu es lo que determina el acercamiento entre dosiones?

Es la fuerza de atraccin entre dos iones de cargas

opuestaslo que determina el acercamiento.Y Por quienes son contrarrestados?

Son contrarrestado por las cargas iguales de las esferaselectrnicas internas, alcanzndose un estado de

equilibrio que determina el radio inico.Algo similar ocurre cuando la unin es covalente, en cuyocaso se habla del radio covalente; asimismo, se habla delradio metlico y del radio Van der Waals.


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TAMAO DE LOS IONESEstas tres ultimas clases de radio atmico son

relativamente fciles de determinar a base decristales formados por un solo elemento (diamante,metales puros, gases nobles en estado slido, etc.).

En estos casos, el radio es la mitad de la distancia

entre dos tomos contiguos, determinadausualmente por el anlisis cristalogrficoestructural.

El caso del radio inico es ms complejo, pues losiones vecinos son de naturaleza diferente y ademsel radio depende del grado de ionizacin.


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TAREA

Buscar los radios inicos y algunos radios

covalentes de los elementos en sus principales

estados de ionizacin.


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En la tabla adj nta se aportan los RADIOS COVALENTES (color


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En la tabla adjunta se aportan los RADIOS COVALENTES (colornaranja) y metlicos (color violeta) de los elementos

representativos del Sistema Peridico.

En cuanto a los RADIOS INICOS, se ha de tener en cuentaque la formacin de un in a partir de un tomo neutro

conlleva una variacin en el nmero de electrones de la capa

de valencia, sin cambiar la carga del ncleo.

Como se ve, latendenciageneral encada familia(columna) esque el tamaoatmico crece

al aumentar elnmeroatmico.

POLIMORFISMO E ISOMORFISMO


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Qu ocurre en la naturaleza?

Ocurren de forma abundante distintas transformaciones deunos minerales en otros, destacando dos posibles procesos: El

polimorfismo y el isomorfismo:

EL POLIMORFISMO

Cmo se llama el fenmeno por el cual una misma especie

qumica puede originar diversas estructuras y, en consecuencia,

diferentes tipos de minerales?

Se denomina polimorfismo.

A las diversas estructuras as formadas como les llama?

Se les llama variantes o bien modificaciones polimorfas.



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Cmo es su comportamiento de estas estructuras?

Cada una de ellas es estable en un determinado campode temperatura y de presin; representa la configuracinreticular de mnima energa posible para unasdeterminadas condiciones.

La transicin de una variante polimorfa a otra puede ser

rpida o lenta, reversible o irreversible, facilitado por lascondiciones de temperatura o presin.

Ejemplos tpicos son: Los polimorfos minerales delcarbono puro:

Grafito y diamante, as como El dimorfismo del carbonato de calcio: aragonito y

calcita.


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DIAMANTE: C GRAFITO: C


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ARAGONITO CaCO3CALCITA CaCO3



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ISOMORFISMOCmo se llama en mineraloga y qumica el fenmeno por el cualdos sustancias distintas, por el hecho de presentar la misma

estructura, distribucin de tomos y dimensiones en sus molculas,son capaces de formar conjuntamente una sola red cristalina?

Se denomina isomorfismo. Se llama serie isomorfa al conjunto demezclas posibles, entre dos extremos en los que cada una de las dossustancias representa el 100%.

Algunos de los minerales ms importantes en la formacin de rocasson mezclas isomorfas ejemplo:

La plagioclasa, que es una mezcla de albita y anortita, o

El olivino, que es una mezcla de forsterita y fayalita.

Tambin hay isomorfismo en algunos minerales de inters econmico,

como: La pirargirita, mena de plata, o

El coltn, que es una mezcla isomorfa de columbita, que contieneniobio, y tantalita, que en la posicin equivalente contiene tantalio.


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ALBITA: NaAlSi3O8

ANORTITA:CaAl2Si2O8

PLAGIOCLASA (Na,Ca)(Si,Al)3O8

PIRARGIRITA Y COLTAN


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PIRARGIRITA Y COLTAN

EL PH Y EL POTENCIAL REDOX (EH)


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EL PH Y EL POTENCIAL REDOX (EH)Qu es el potencial REDOX?

El REDOX es toda reaccin qumica en la que uno o ms electrones se

transfieren entre los reactivos, provocando un cambio en sus estadosde oxidacin.

El potencial redox es una medida de la actividad de los electrones.

Para que exista una reaccin de reduccin-oxidacin que debe

ocurrir?En el sistema debe haber un elemento que ceda electrones, y otro que

los acepte:

El agente reductor, es aquel elemento qumico que suministraelectrones de su estructura qumica al medio, aumentando su

estado de oxidacin, es decir, siendo oxidado.

El agente oxidante, es el elemento qumico que tiende a captaresos electrones, quedando con un estado de oxidacin inferior al

que tena, es decir, siendo reducido.

LA PILA CU AG UN EJEMPLO DE UNA REACCIN REDOX


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LA PILA CU-AG, UN EJEMPLO DE UNA REACCIN REDOX.

TROZO DE HIERRO OXIDADO (El agente reductor, suministra


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electrones)



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Con quin se relaciona el potencial REDOX (EH)?

Est relacionado con el pH y con el contenido de oxgeno.Es anlogo al pH ya que el pH mide la actividad de protones

y el potencial redox mide la de los electrones.

Cmo se calcula el REDOX?

El potencial redox se calcula como:

Eh = 1,2340,058 pH + 0,0145 log (10) Po,

siendo Po la presin parcial de oxgeno expresada en

atmsferas.



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EL PH Y EL POTENCIAL REDOX (EH)Cul es el valor REDOX en las aguas si el oxgeno est en equilibrio con la

presin atmosfrica y el pH es igual a 7?

El valor es de +0,86 mv a 0 C y de +0,80 mv a 25C.

En las aguas dulces y marinas raramente baja de +0,3 mv excepto cuandohay gran escasez de oxgeno.

Cmo es el perfil de un sedimento marino?

En el perfil de un sedimento marino donde se aprecian tres zonas

distinguibles por el color: La zona oxidada de color amarillo y cuyo potencial redox es de ms de

200 mv,

La discontinuidad de redox de color gris con potencial entre 0 y 200 mv y La zona reducida de color marrn oscuro con potencial redox negativo.

El oxgeno, dixido de carbono y nitrato son reemplazados por el sulfurode hidrgeno, metano y amoniaco en los sedimentos reducidos.El in frrico pasa a in ferroso en la discontinuidad de redox y en lazona reducida.



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Los elementos qumicos En funcin de que pueden cederelectrones?

En funcin de su configuracin electrnica pueden cederelectrones y quedar con carga positiva o ganar electrones ycargarse negativamente.

Qu elementos estn excluidos de ello?

De esta norma se excluyen los gases nobles que responden auna configuracin electrnica perfecta.

POR LO TANTO SE CONCLUYE:Cuandoun elemento cede un electrn se dice que se oxidamientras que cuando lo gana se dice que se reduce.

Para que un elemento pueda oxidarse es necesario que existaun aceptor de ese electrn, otro elemento que se reduce.

Cmo se les conoce a los elementos qumicos que presentan gran facilidad

d l id ? Y C l ?


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para ceder electrones y oxidarse? Y Cul es su patrn?

Se les conoce como reductores,cuyo patrn es el hidrgeno.

Cmo se les conoce los elementos qumicos son proclives a ganar electrones

y reducirse? Y Cul es su patrn?

Los elementos proclives a ganar electrones y reducirse se les conoce como

oxidantes, cuyo prototipo es el oxgeno de donde se deriva el nombre del

proceso.

Cmo se le conoce al conjunto de un oxidante y un reductor? Y Qu ocurre

entre ambos?

Se les conoce como un sistema redox. Entre ambos elementos existe una

transferencia de electrones que genera una corriente elctrica, marcada por

una diferencia de potencial entre ambos. Este es, como sabemos, el

mecanismo de las pilas elctricas.


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