BREVIARIO DE ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES

Ojos de cielo en eícieíb, ojos de tierra en (a tierra. %(viento azuCes enturSiado con eícafé de (os viejos maizales. "Elríoesta corriendo y esta llevando (os colores de los junglares, lii azuC no será deCo, tu cielo será la tierra donde viven feCices los mortales ¡Marcos !May

B R E V I A R I O DE E S T R U C T U R A DE L O S M A T E R I A L E S

Este material fue dictaminado y aprobado para su publicación por el Consejo Editorial de la División de Ciencias Básicas e Ingeniería de la Unidad Azcapotzalco de la UAM, en su sesión del día 6 de septiembre del 2005-

BREVIARIO

DE ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES Marcos May Lozano

-0 OBUOTEùl

28^2970

UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA itieiM

Am

al iiernpQ

División de Ciencias Básicas e Ingeniería Departamento de Materiales

UAMiZCAPOTZAlCO RECTOR

Dr. Adrián Gerardo de Garay Sánchez SECRETARIA

Dra. Sylvie Jeanne Turpin Marion COORDINADORA GENERAL D E DESARROLLO ACADÉMICO

Dra. Alicia Chacalo Hilu COORDINADOR DE EXTENSIÓN UNIVERSITARIA

DI Jorge Armando Morales Aceves JEFE DE LA SECCIÓN DE PRODUCCIÓN Y DISTRIBUCIÓN EDITORIALES

DCG Edgar Barbosa Alvarez Lerin

ISBN: 970-31-0566-1

© ÜHI-Azcapotzatco Marcos May Lozano Correccióo: Rosendo García Leyva Ilustración deportada. Consuelo Quiroz Keyes Diseño de Portada: Modesto Serrano Ramírez Sección de producción y distribución editoriales Tel- 5318-9222 / 9223 Fax 5318-9222

Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Azcapotzalco Av. San Pablo 180 Col. Reynosa TamauUpas Delegación Azcapotzalco C R 02200 México. D.F.

Breviario de estructura de los materiales la. edición, 2006 Impreso en México

6.3.

E L A S T Ó H E R O (hule)

6.4.

VULCANIZACIÓN

^2 ^2

6.5.

POLÍMEROS INORGÁNICOS

^2

6.6.

G R A D O D E POLIMERIZACIÓN

45

Apéndice A POLÍMEROS

Apéndice B P U E N T E DE H I D R Ó G E N O MOLÉCULAS POLARES T A B L A PERIÓDICA

PREFACIO El presente breviario es un m a n u a l conciso, q u e les permita a los a l u m n o s seguir las c i a s e s de su m a e s t r o , estudiar, e n t e n d e r e investigar los t e m a s de su Materia Estructura d e los materiales. Su contenido es un r e s u m e n o síntesis de los principales t e m a s de la materia. Mediante este Breviario se espera q u e el a l u m n o p u e d a estudiar y e n t e n d e r con m a y o r facilidad los t e m a s del c u r s o , pues se va directo al g r a n o , tratando de no distraer al a l u m n o con a m b i g ü e d a d e s . Los t e m a s se plantean con un s e g u i m i e n t o o r d e n a d o , tratando de ser concreto y tratando d e no dejar definiciones Inconclusas. En el t i e m p o q u e llevo d a n d o esta clase m e he d a d o c u e n t a de la a u s e n c i a d e un m a n u a l c o m o este y e s p e r o s i n c e r a m e n t e les s e a d e utilidad a los a l u m n o s q u e llevan esta asignatura.

UAM-Azcapotzalco, 2005. La presencia de la estrella en el texto indica q u e el t e m a desarrollado es d e g r a n interés y se ha colocado c o m o indicación para el a l u m n o al m o m e n t o de estudiar para sus exámenes. Se han subrayado y puesto en negritas algunas partes del texto, para realzar algunas frases e n el m a n u a l .

INTRODUCCIÓN La historia de la h u m a n i d a d ha sido dividida e n diferentes é p o c a s q u e están relacionadas con el material q u e m á s se u s a b a (la e d a d de piedra, b r o n c e , etc.). A c t u a l m e n t e , e s t a m o s e n la era de los N u e v o s M a t e r i a l e s . El p r o g r e s o a h o r a se b a s a e n el desarrollo d e la Microelectrónica, la Informática, la A u t o m a t i z a c i ó n y R o b o t i z a c i ó n d e la P r o d u c c i ó n , e n el e m p l e o d e nuevos materiales y n u e v a s tecnologías y la Biotecnología. La tecnología m o d e r n a requiere de materiales c o n una v a r i e d a d de p r o p i e d a d e s , con un bajo costo d e obtención y c o n u n a alta versatilidad. El n ú m e r o d e materiales existentes se cree están entre 4 0 . 0 0 0 y 8 0 . 0 0 0 . La introducción de los n u e v o s materiales e n las industrias viene motivada por los siguientes factores: 1) Necesidad de e c o n o m i z a r energía 2) Urgencia d e conservar el m e d i o a m b i e n t e 3) C o n v e n i e n c i a de disminuir el c o n s u m o de materiales estratégicos 4 ) Necesidad de a u m e n t a r su competitividad e n los m e r c a d o s . Los n u e v o s estudios, tienden a desarrollar materiales m á s fiables, ligeros, resistentes y c o n una optimización d e recursos. Entre éstas líneas está el desarrollo de: a) A l e a c i o n e s metálicas resistentes a altas t e m p e r a t u r a s b) Metales a m o r í o s c) C e r á m i c a s t é c n i c a s d) Polímeros especiales e) Materiales c o m p u e s t o s . El objetivo en el área de los n u e v o s materiales será q u e los d e s e c h o s t e n g a n propiedades q u e permitan el reciclaje o q u e sea fácil su d e g r a d a c i ó n . Las industrias del sector metálico, plástico y cerámico, d e b e r á n entrar e n u n p r o c e s o de t r a n s f o r m a c i ó n y reconversión hacia el uso d e materiales c o m p u e s t o s , si d e s e a n c o n s e r v a r sus e s p a c i o s d e m e r c a d o frente a los productos q u e s e r á n ofertados d e s d e a f u e r a , facilitados por la inclusión del país e n los bloques del comercio internacional. En la obtención d e un n u e v o material, se admiten tres fases de investigación y desarrollo: Utilización de conocimientos interdisciplinarios, teóricos y e x p e r i m e n t a l e s , para caracterizar los nuevos materiales, tratando d e controlar las propiedades d e los m i s m o s , correlacionando la estructura microscópica con la macroscópica. Conseguir m é t o d o s y técnicas de producción de nuevos materiales a nivel industrial. La ingeniería de Materiales tiene c o m o objetivos: c o m b i n a r p r o p i e d a d e s d e distintos materiales para generar uno n u e v o (materiales c o m p u e s t o s ) y e n c o n t r a r n u e v o s p r o d u c t o s en los cuales se p u e d a n aplicar los n u e v o s materiales. E s p e c í f i c a m e n t e se b u s c a o b t e n e r materiales para aplicaciones: m a g n é t i c a s ( i m a n e s d e tierras raras, i m a n e s unidos m e d i a n t e p o l í m e r o s ) , ó p t i c a s ( m a t e r i a l e s ó p t i c o s c o n índice d e t r a n s m i s i ó n v a r i a b l e ) , e l é c t r i c a s (conductores metálicos endurecidos por envejecimiento, conductores poliméricos, materiales piezoeléctricos) y d e s u p e r c o n d u c t i v i d a d ( s u p e r c o n d u c t o r e s a altas t e m p e r a t u r a s ) . Otros de los objetivos serán fabricar: materiales n o metálicos para altas t e m p e r a t u r a s (materiales fibrosos y cerámicas mejoradas e n cuanto a durabilidad), polímeros y c o m p u e s t o s de matriz orgánica (mezclas poliméricas, p o l í m e r o s c o n aditivos y c o m p u e s t o s o r g á n i c o s ) , materiales para aplicaciones e s p e c i a l i z a d a s : biomateriales (materiales c o m p u e s t o s para implantes y ligamentos ortopédicos de larga duración, materiales bioabsorbibles y histocompatibles para bioinstrumentos, tales c o m o m e m b r a n a s , bolsas, agujas y jeringuillas), m a t e r i a l e s d e e m b a l a j e y e n v a s a d o , m u l t i m a t e r i a l e s ( m a t e r i a l e s d e m u l t i c a p a s ) . La información anterior permite e n t e n d e r la Importancia de la ingeniería de materiales e n el presente y futuro de la h u m a n i d a d . Los g o b i e r n o s del m u n d o h a n e n t e n d i d o e s a importancia y están g a s t a n d o millones de d ó l a r e s en la investigación de n u e v o s materiales.

1. E S T R U C T U R A C R I S T A L I N A Y C R I S T A L O G R A F Í A (el e s t a d o c r i s t a l i n o ) • C R I S T A L E S O M A T E R I A L C R I S T A L I N O . U n cristal s e p u e d e d e f i n i r c o m o u n conjunto d e átomos ordenados según un arreglo periódico e n tres dimensiones. C u e r p o s q u e poseen una geometría definida y ordenada. -Material q u e contiene un a r r e g l o a t ó m i c o regular y repetitivo ( e n t r e s d i m e n s i o n e s y q u e d i f r a c t a a l o s R a y o s X ) . U n a r o c a y u n a m o n t a ñ a e s t á n c o n s t i t u i d a s por m i n e r a l e s t a n c r i s t a l i n o s c o m o u n terrón d e a z ú c a r , la s a l d e c o c i n a o e l o r o d e u n anillo.

p p

V-

-p

p p- ^ P

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...p

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p- -4 ' P -P

i

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f X P ,

4 p

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ъ Cristal

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P-

-p

Ч

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•p

-P {ordettíuio)

Vidrio

(íunot^o}

* U N A C E L D A U N I T A R I A . Es la parte m á s p e q u e ñ a d e u n cristal ( d e s c r i t a p o r 3 v e c t o r e s x y z , y 3 á n g u l o s a p y ) , e s el c o n j u n t o m í n i m o o r d e n a d o d e á t o m o s o i o n e s q u e s e r e p i t e n e n ef e s p a c i o . * RED CRISTALINA. Puntos que representan átomos de una estructura tridimensional. -Arreglo periódico de puntos q u e definen un espacio.

R e d cristalina * EXISTEN SOLO SIETE SISTEMAS CRISTALINOS: Cúbico, tetragonal, ortorrómbico, romboédrico, hexagonal, monoclínico y triclínico. La m a t e r i a e s t a c o n s t i t u i d a p r i n c i p a l m e n t e p o r c ú b i c a y h e x a g o n a l . * E S T R U C T U R A C Ú B I C A S I M P L E ( P R I M I T I V A ) . E s t r u c t u r a cristalina c o n s i m e t r í a c ú b i c a , e n la q u e los á t o m o s o i o n e s e s t á n e n l o s o c h o v é r t i c e s ( c o n t i e n e u n á t o m o p o r c e l d a unitaria). * C U B I C A C E N T R A D A E N EL C U E R P O ( C C ) . Estructura cristalina c o n simetría c ú b i c a , e n la q u e l o s á t o m o s o i o n e s e s t á n e n las e s q u i n a s d e la c e l d a u n i t a r i a , y a d e m á s h a y u n á t o m o e n el c e n t r o d e la c e l d a ( c o n t i e n e 2 á t o m o s p o r c e l d a u n i t a r i a ) . * C Ú B I C A C E N T R A D A E N L A S C A R A S (CCC). Estructura cristalina c o n simetría c ú b i c a , e n la q u e los á t o m o s o i o n e s e s t á n c o l o c a d o s e n c a d a v é r t i c e , y t a m b i é n e n e l c e n t r o d e c a d a u n a d e las c a r a s d e l c u b o ( c o n t i e n e 3 á t o m o s p o r c e l d a unitaria). H E X A G O N A L C O M P A C T A ( H C ) . E s t r u c t u r a cristalina q u e t i e n e u n p l a n o b a s a i h e x á g o n o regular, y p l a n o s laterales r e c t a n g u l a r e s a l p l a n o b a s a i . L o s á t o m o s o i o n e s e s t á n e n c a d a e s q u i n a del p l a n o b a s a i , y h a y 3 á t o m o s m á s e n e! p l a n o i n t e r m e d i o .

n

* 1.1.

EXISTEN 14 C E L D A S UNITARIAS O REDES DE BRAVAIS: Malte

Centrado «a a

mñmV CUBICA (P,F,I}

ras

í3

^0

( TI a

» ^ -

90*

CaOA UNITRRia

Ce&ctad& «a cuerpo

Centado « j bS'

TETRAGOHJU. ÍP, 1 ) ¡3 rtíi *í-

CesíiacU) ííi cuerpo

ORTORROMBICA (P, i, F, C)

Cenirado enca-

4 ^ Moncclúii

Ccfitntóo ea tía*

Single

« ^ « 9 0 * » ?•

1.2. E M P A Q U E T A M I E N T O D E E S F E R A S . C o n s i d e r a n d o a los á t o m o s c o m o esferas, se puede hacer una representación de los m o d e l o s cristalinos, por e j e m p l o : La celda cúbica simple {no c o m p a c t o ) y el hexagonal ( c o m p a c t o ) , que se m u e s t r a n e n la siguiente figura (la figura m u e s t r a u n e m p a q u e t a m i e n t o de á t o m o s e n el que se ve c ó m o se f o r m a la cara d e u n cubo y un h e x á g o n o ) .

Cúbica

Hexagonal

CONSTANTES CRISTALOGRÁFICAS Sistema

Cúbico Tetragonal Ortorrómbico

Ejes

Á n g u l o s d e los e j e s

Ejemplos

a=b=c

Todos ángulos=90°

NaCI,Fe,KCI.Ag

a=b?^c

Todos ángulos=90°

TiO^SnO^.HgCI

a?í:b^c

Todos ángulos=90°

K,S0,.KN03

Monoclínico

D o s á n g u l o s = 9 0 ' ' , u n ángulOTiSO^

MgS0,,CaS0^2Hp

T o d o s d i f e r e n t e s ; n i n g u n o i g u a l a 90°

K,CrO,,Bi(N03),

Triclínico

a^b;¿c

Hexagonal

a=b^c

Dos ángulos=90° y uno de

a=b=c

T o d o s i g u a l e s , d i f e r e n t e s d e 90°

Rómbico

120°

CdS,Mg,Zn,ZnO FeA.ZnC03

tr La clasificación de los sistemas cristalinos se basa en la distancia d e fos planos y los ángulos y los parámetros de red describen el t a m a ñ o y forma de la celda unitaria. • 1 . 3 . E S T R U C T U R A S D E A F I L A M I E N T O O E M P A Q U E T A M I E N T O C O M P A C T O . Las capas de á t o m o s se p u e d e n colocar en las siguientes posiciones:

• E S T R U C T U R A S H E X A G O N A L E S . Empaquetamiento d e tipo compacto A B A B A B ( l a primera capa de átomos se coloca en la posición A y la segunda se coloca en la posición B).

• E S T R U C T U R A C Ú B I C A C E N T R A D A EN L A S C A R A S . Empaquetamiento de tipo c o m ­ pacto A B C A B C A B C (es semejante al anterior pero la tercera capa se coloca en la posición C).

Cúbica centrada

e n las c a r a s

A

B

C

A

B

C

1.4. Í N D I C E S DE M I L L E R . Representación abreviada para describir ciertas direcciones y planos cristalográficos en un material (h k I). Los índices de Miller de un plano se definen c o m o los recíprocos de las interacciones fracciónales de los planos hechos con los tres ejes cristalográficos x, y, z. Procedimiento para d e t e r m i n a r los índices de Miller: 1) S e elige el plano. 2) S e determinan las intersecciones del plano con los tres ejes x. y, z; Estas interacciones p u e d e n ser fracciones. 3) Se obtienen los recíprocos de las interacciones. 4) Se eliminan las fracciones, obteniéndose números enteros y se usa la notación (hkl). Por ejemplo [plano (100)]: Se determinan las intersecciones para los ejes x,y,z, q u e serian 1 respectivamente. Se sacan sus recíprocos para obtener los índices de Miller, 1/1, 1/™, 1/™, q u e son e n t o n c e s 1.0,0. Entonces para este plano los índices de Miller son (100).

J* J

[ 1 0

O]

|1

1 0 ]

V

n

1 1 ]

1.5. LEY DE BRAGG Las técnicas de Difracción de rayos X permiten la identificación y caracterización d e e s p e c i e s cristalinas. Las técnicas de difracción permiten o b s e r v a r e n f o r m a indirecta detalles del orden d e 10"^ c m , esto e s , e n el rango a t ó m i c o . Ecuación q u e define la difracción de rayos X, nA.=2d sen 6 Relación que describe el ángulo en q u e se difracta un haz de rayos X d e una longitud de onda particular en planos cristalográficos con un espaciamiento interplanar d a d o . Mediante esta técnica es posible determinar las dimensiones de las celdas unitarias. n = o r d e n de difracción (siempre es u n n ú m e r o e n t e r o ) . X = longitud de o n d a de la r a d i a c i ó n . d = distancia entre planos. Teta (6)= á n g u l o de difracción. El calculo d e d (distancia entre planos) es posible si se controla e n el laboratorio los p a r á m e t r o s restantes n, 9 y À . En la siguiente figura s e ve u n a r e p r e s e n t a c i ó n d e c a p a s d e á t o m o s e n los c u a l e s los rayos X son difractados. Ejemplo de un difractograma de rayos X de u n a muestra de N a C l

• oo

222

-1(1

¡«o

1.6. C Á L C U L O D E L N Ú M E R O D E Á T O M O S D E U N A C E L D A U N I T A R I A . L o s á t o m o s e n la red cristalina están c o m p a r t i d o s por las c e l d a s unitarias y a c o n t i n u a c i ó n se m u e s t r a c o m o se hace el cálculo d e á t o m o s e n las c e l d a s c ú b i c a s :

f7 f

M

Vi de átomo f

% de átomo

Valor de los á t o m o s q u e están e n los vértices = 1/8 de á t o m o (cada átomo le pertenece a 8 c e l d a s unitarias). Valor de los á t o m o s q u e están e n el centro = 1 átomo (al encontrarse en el centro solo le p e r t e n e c e a u n a celda). Valor de los á t o m o s q u e están en las caras = 1/2 de á t o m o (le pertenece a 2 celdas). •A-La e s t r u c t u r a c ú b i c a s i m p l e o p r i m i t i v a consta d e un á t o m o s ya q u e 1/8 x 6 (8 á t o m o s e n los vértices) = 1 Á T O M O . * L a e s t r u c t u r a c ú b i c a c e n t r a d a e n el c u e r p o consta de dos átomo ya q u e (1/8 x 8) = 1, m á s 1 (un á t o m o c e n t r a d o ) = 2 Á T O M O S . • L a e s t r u c t u r a c ú b i c a c e n t r a d a e n las c a r a s consta d e cuatro átomo ya que (1/8 x 8) = 1 m á s 3 (6 á t o m o s e n las c a r a s de 1/2) = 4 Á T O M O S . • H e x a g o n a l consta d e 12 á t o m o s en los vértices, compartidos por 6 celdas (1/6 x 12= 2 á t o m o s ) m á s 2 á t o m o s q u e están e n el centro de las d o s caras (1/2 x 2 = 1 átomo) y 3 á t o m o s no c o m p a r t i d o s e n el centro la estructura tiexagonal ( 3 x 1 = 3 átomos) = 6 átomos. • 1 . 7 . C Á L C U L O D E L A A R I S T A E N F U N C I Ó N D E L R A D I O A T Ó M I C O (aristada)

a = arista

En este m a n u a l se d e m o s t r a r á d e t a l l a d a m e n t e c ó m o calcular la arista e n función del radio a t ó m i c o , pero se r e c o m i e n d a investigado e n la bibliografía. A l g u n o s cálculos se basan en el teorema de Pitágoras (el radio atómico r, p u e d e ser encontrado en la tabla periódica química). • 1 ). Cúbica primitiva: a=2r (la celda cúbica primitiva soto presenta átomos en los vértices). S e t o m a u n a cara de la celda unitaria cúbica primitiva para realizar el cálculo.

a= 2r

• 2 ) , C ú b i c a centrada en las c a r a s : {4r)2 = a^ + a ^ {4r)^ = 2 & \ 2a^ = { 4 r ) ^ g _ (4r)/V2 (se utiliza el t e o r e m a d e Pitágoras e n un triángulo c o n h i p o t e n u s a igual a 4r y cateto o p u e s t o y a d y a c e n t e = a ) .

C ú b i c a c, e n l a s c a r a s

3). C ú b i c a centrada e n el c u e r p o : {x)^ = a^ + a ^ (x)= = 2 a^ ( e c u a c i ó n 1). (4r)2 = + a ^ (sustituyendo x d e e c u a c i ó n 1) {AKf = 2a?^ + a^. {Avf = 3 a^, a = (4r)/V3 (el valor d e x^ es o b t e n i d o del triangulo q u e s e e n c u e n t r a e n la b a s e del c u b o ) .

3

Cúbica Centrada e n el c u e r p o

A c o n t i n u a c i ó n se muestra u n a tabla, que muestra las ecuaciones que relacionan ta arista, a, c o n el radio atómico. Estructura Cúbica simple C ú b i c a centrada

Arista (a) en función d e r

átomos por

N ú m e r o de

Factor de e m -

Metales

celda

coordinación

paquetamiento

típicos

a=2r

1

6

0.52

a=(4r)/V3

2

8

0.68

en el c u e r p o Cúbica centrada

a=(4r)/V2

4

en las caras Hexagonal

Fe,Na. Cr.Zr

a=2r, c=1.6333a

6

12

0.74

12

0.74

Fe,Cu, Au,Ni Ti, Mg, Cd,Zn

1.8. C A L C U L O F A C T O R DE E M P A Q U E T A M I E N T O (F.E). Espacio o c u p a d o por ios átomos e n u n a celda unitaria. F.E = V O L U M E N D E Á T O M O S = (n) . (4/3) TI r^ V O L U M E N D E C E L D A UNITARIA V. celda unitaria Los v o l ú m e n e s de las c e l d a s unitarias p u e d e n ser = a^= [2r]^, [(4r)/V3]^, [{4r)N 2f. r= radio a t ó m i c o n p u e d e tener los siguientes valores = 1,2, 4 , á t o m o s por celda S u s t i t u y e n d o e n la f ó r m u l a anterior se tiene: C ú b i c a Primitiva: n= 1, V. celda unitaria = [2r]^ F.E= 0.52 (52 % ) C ú b i c a centrada e n el c u e r p o : n= 2, V celda unitaria = [{4r)N3Y F.E= 0.68 (68 % ) C ú b i c a c e n t r a d a e n las c a r a s : n = 4 , V. c e l d a unitaria = [i4r)N2f F.E= 0.74 (74 % ) H e x a g o n a l : F.E= 0.74 (74 % ) Lo anterior sugiere q u e la estructura h e x a g o n a l y la cúbica centrada en las caras son las q u e t i e n e n u n m a y o r e s p a c i o o c u p a d o por á t o m o s , o sea son m á s c o m p a c t a s . • 1 . 9 . N Ú M E R O DE C O O R D I N A C I Ó N . La cantidad de vecinos más cercanos que rodean a un átomo o a un Ion. Es el número de átomos de los primeros vecinos que tienen un átomo directamente en contacto con él. Su coordinación va a depender del tamaño del átomo. N ú m e r o d e c o o r d i n a c i ó n d e la cúbica primitiva: 6 Á t o m o s N ú m e r o d e c o o r d i n a c i ó n d e la cúbica centrada e n el c u e r p o : 8 á t o m o s . N ú m e r o de c o o r d i n a c i ó n de ta cúbica centrada e n el las caras y de la hexagonal: 12 átomos.

Cúbica simple (coordinación 6 )

C ú b i c a c e n t r a d a e n las c a r a s

1.10. P O L I M O R F I S M O • P O L I M O R F I S M O O A L O T R O P Í A . - S o n las m o l é c u l a s q u e t i e n e n c o m p o s i c i o n e s i d é n t i c a s p e r o e s t r u c t u r a s d i f e r e n t e s . Materiales q u e p u e d e n tener m á s d e una estructura cristalina. E j e m p l o : Grafito, d i a m a n t e y f u l e r e n o s f o r m a d o s los tres por c a r b ó n . También el Hierro, S i C , S i 0 2 , T i 0 2 , p r e s e n t a n alotropía. • E l d i a m a n t e es el material m á s d u r o q u e se c o n o c e (enlaces c o v a l e n t e s , estructura tetraèdrica), mientras q u e el g r a f i t o e s u n m a t e r i a l b l a n d o d e b i d o a q u e p r e s e n t a e n l a c e s covalentes dentro de s u s laminas v e n l a c e s s e m i m e t á l i c o s entre s u s l á m i n a s , q u e p e r m i t e n deslizamiento entre ellas, a d e m á s los s i s t e m a s e n las c a p a s p e r m i t e n la conductividad eléctrica. Debido a esta unión tan débil entre las c a p a s atómicas del grafito, los deslizamientos de unas frente a otras o c u r r e n sin g r a n e s f u e r z o , y de ahí s u c a p a c i d a d lubricante, su u s o e n lapiceros y su utilidad c o m o conductor. En el d i a m a n t e , c a d a á t o m o d e c a r b o n o está u n i d o a otros cuatro e n f o r m a d e u n a red tridimensional m u y c o m p a c t a ( c r i s t a l e s c o v a l e n t e s ] , de ahí su extrema dureza y su carácter aislante (las estructuras Z n S , G a P y G a A s son m u y s e m e j a n t e s a la estructura dei d i a m a n t e pero sus á t o m o s se e n c u e n t r a n c o l o c a d o s e n posiciones a l t e r n a d a s ) . La estructura cúbica del Z n S (tipo blenda) está f o r m a d a por 2 tipos d e á t o m o s (la figura siguiente). Es fácil ver que los átomos "negros" marcan la estructura cúbica centrada e n las caras (la figura siguiente) y q u e cada á t o m o n e g r o tiene a s o c i a d o otro "blanco". C u a n d o t o d o s los á t o m o s s o n iguales t e n e m o s el caso d e las estructuras del tipo d i a m a n t e . Para mayor i n f o r m a c i ó n : hUp:/A/vvmMam.es/àocencÌaAabvfmatAabvfmaUpractìcas/practìca1/a}eacÌon.htm F u l e r e n o s . D e s c u b i e r t o s h a c e m u y p o c o s a ñ o s , los f u l e r e n o s e s t á n f o m i a d o s por redes tridimensionales d e á t o m o s de c a r b o n o q u e f o r m a n diferentes estructuras g e o m é t r i c a s . La m á s conocida es la del C 6 0 e n la q u e 6 0 á t o m o s de c a r b o n o se distribuyen f o r m a n d o una estructura similar a la d e un balón de fútbol, razón por la q u e t a m b i é n se le c o n o c e c o n el n o m b r e de futboleno. El C 7 0 tiene f o r m a d e m e l ó n o d e balón d e rugby. L o s n a n o t u b o s d e carbono son cilindros h u e c o s .

FULERENO CRAFtTO

DIAMANTE

IZnS.GaP^GaAs]

A N I S O T R O S P l A . P r o p i e d a d e s d e la m a t e r i a e n la c u a l d e t e r m i n a d a s p r o p i e d a d e s f i s i c o - q u ¡ m i c a s c o m o : t e m p e r a t u r a , c o n d u c t i v i d a d , v e l o c i d a d d e p r o p a g a c i ó n d e la luz, v a r í a n s e g ú n la d i r e c c i ó n e n q u e s o n e x a m i n a d a s . Q u e t i e n e p r o p i e d a d e s q u e v a r í a n c o n la d i r e c c i ó n .

ANISOTROPIA

I S O T R Ó P I C O : S u s p r o p i e d a d e s s o n i n d e p e n d i e n t e s d e la d i r e c c i ó n e n la q u e s e miden. * 2.- C Á L C U L O DE L A D E N S I D A D DE C E L D A S U N I T A R I A S C á l c u l o d e n n o l e s : I m o N 6.023x10^^ á t o m o s . C a l c u l a r la c a n t i d a d d e á t o m o s q u e c o n t i e n e n 50 g . d e Fe. (la m a s a a t ó m i c o d e l F e = 5 5 . 8 5 g / m o l ) . 5 0 g d e F e [ I m o l d e F e / ( 5 5 . 8 5 g)]= 0 . 8 9 5 2 5 5 m o l d e Fe. 0 . 8 9 5 2 5 5 m o l d e F e [(6.023x10^^ á t o m o s d e F e ) / 1 m o i ] = 5.392x 1 0 " á t o m o s d e Fe. D e n s i d a d = masa /volumen L o s m a t e r i a l e s " l i g e r o s " c o m o e l a l u m i n i o y e l m a g n e s i o t i e n e n baja d e n s i d a d ( i n f e r i o r a 3 ) , m i e n t r a s q u e tos m a t e r i a l e s c o m o p l o m o y m e r c u r i o p r e s e n t a n m a y o r d e n s i d a d ( m a y o r d e 10). El c a l c u l o d e la d e n s i d a d d e u n a c e l d a unitaria esta r e l a c i o n a d o c o n la d e n s i d a d m a c r o s c ó p i c a d e los m a t e r i a l e s . Densidad

en celdas

unitarias c ú b i c a s (el c o n o c e r

•

Formula de densidad

Densidad

D= fíniíP) ÍBil V

Primitiva (P)(B1 (2r)^

las s i g u i e n t e s C e n t r a d a e n el cuerpo 2íP)ÍB) [(4r)/V3]^

formulas

y

sus

Centrada las c a r a s

en

4ÍP)(BÍ [(4r)/V2]^

D = d e n s i d a d , n = n ú m e r o d e á t o m o s , P= Masa a t ó m i c a , g / m o l , B = (1 m o l ) / 6 . 0 2 3 x 1 0 á t o m o s , V = a^, a = a r i s t a ( V o l u m e n , p u e d e s e r c a l c u l a d a e n f u n c i ó n d e l r a d i o , r).

•Ejemplo: El aluminio cristaliza en u n a estructura cúbica centrada e n las caras. Si el á t o m o de aluminio tiene un radio de 1.43 Á ( á n g s t r o m s ) . Calcular la longitud de la arista de la celda unitaria. Dato: M a s a atómica = 2 6 . 9 8 g/mol. F ó r m u l a de la estructura c ú b i c a centrada en las caras, a= {4r)/V2. Arista = a = (4x 1.43)/V2= 4 . 0 4 4 A . •Ejemplo: Calcular la d e n s i d a d teórica del cobre s a b i e n d o que su celda unitaria es cúbica c e n t r a d a en las c a r a s (ccc). S e s a b e q u e el radio a t ó m i c o del C u es igual a 0.1278 n m . R E S P U E S T A : l A = 1 0 " c m , 1 n m = 10-^cm, 1 n m = 1 0 A , 1mol= 6.023x10^3 á t o m o s . M a s a a t ó m i c a del C u = 63.5 g/mol (de tabla periódica), a =(4r)/V2=0.361nm=3.61 Á = 3 . 6 1 x 10"« c m . D = [(n)(P) (B)] = (n)(PM) [1 / 6-023X 10^^]= (4)(63.5i [1 / 6.023x 10^^]= 8.98 g/cm^ V

a^*

(3.61 )3x (10-^)3

Ejemplos para resolver: 1. "El titanio cristaliza en una estructura c ú b i c a simple" y presenta u n radio a t ó m i c o igual a 1.47 A . D e t e r m i n a r cuál e s su d e n s i d a d . 2 D e t e r m i n a r q u é metal tiene las siguientes p r o p i e d a d e s : C ú b i c a c e n t r a d a e n el c u e r p o (ce), con una arista a = 0.286 n m = 2.86 x 10'^ c m , y su d e n s i d a d es d e 7.88 g/cm^. 1mol= 6 . 0 2 3 x 1 0 " á t o m o s . 3. El e l e m e n t o Paladio (Pd) t i e n e c o m o p a r á m e t r o d e r e d : a= 3.89 A y u n a d e n s i d a d igual a 12.02 gr/cm^. Calcular y d e t e r m i n a r si el paladio es: cúbico c e n t r a d o e n las c a r a s , c e n t r a d o e n el c u e r p o o primitiva. 4. El cobre tiene u n estructura cristalina cúbica centrada e n las caras y t i e n e un v o l u m e n d e celda unidad igual a 4 . 7 0 x 10"^^ m^, calcular el valor d e l radio a t ó m i c o e n á n g s t r o m s . 3. T I P O S D E C R I S T A L E S L a s p r o p i e d a d e s f í s i c a s y q u í m i c a s d e los e l e m e n t o s y d e s u s c o m p u e s t o s d e p e n d e n d e l o s e n l a c e s q u í m i c o s q u e m a n t i e n e n unidos los á t o m o s . Los cristales p u e d e n ser clasificados e n : a) b) c) d)

Covalentes Iónicos Metálicos Moleculares

Para m a y o r información buscar:

www.oei.org.co/fpciencia/art08.htmU4

3.1. CRISTAL COVALENTE ENUVCE C O V A L E N T E . Los átomos de los elementos alcanzan una estructura electrónica completa (regla del octeto) al c o m p a r t i r u n o o m á s e l e c t r o n e s c o n á t o m o s a d y a c e n t e s , en el que cada átomo aporta un electrón para cada enlace. L o s e n l a c e s covalentes son difíciles de romper, no conducen la electricidad (no electrones libres). Los c o m p u e s t o s orgánicos comúnmente presentan enlaces covalentes. Presentan principalmente estnjcturas tetraédricas. Los compuestos con enlace covalente están formados generalmente por moléculas discretas, los enlaces son direccionales y existen fuerzas de enlace covalente entre los á t o m o s de esa molécula y otra. En el sólido solamente actúan fuerzas de carácter débil entre una molécula y otra, las cuales son llamadas fuerzas de V a n Der W a a l s . P r o p i e d a d e s f í s i c a s y m e c á n i c a s . La energía calorífica requerida para fundiro evaporar un c o m p u e s t o c o v a l e n t e es c o m ú n m e n t e b a j a ( c o n e x c e p c i ó n d e l o s c r i s t a l e s ) , d e b i d o

a su n a t u r a l e z a у c a r á c t e r d é b i l d e l a s f u e r z a s d e V a n D e r W a a l s . Por lo tanto ios c o m p u e s t o s q u e p r e s e n t a n e n l a c e s covalentes son por lo general gases, líquidos. Por lo contrario, entre los á t o m o s de un c r i s t a l c o v a l e n t e la energía necesaria para q u e los á t o m o s s e a n c a p a c e s de s e p a r a r s e entre sí d e b e ser muy alta y por lo m i s m o los puntos de f u s i ó n (temperatura a la cual u n sólido cambia a liquido) y e b u l l i c i ó n solo se alcanzan a m u y a l t a s t e m p e r a t u r a s . La falta d e libertad que dan los á t o m o s a sus electrones impiden la existencia de electrones deslocalizados q u e p u e d a n m o v e r s e a través del cristal por lo q u e s u conductividad es nula. En algunos casos c o m o el silicio se presenta una conductividad parcial y este sólido presenta e s t r u c t u r a s c o v a l e n t e s i n f i n i t a s e n tres dimensiones en lugar de moléculas discretas, e n estos c a s o s o p e r a n fuerzas d e enlace fuertes en todas direcciones; algunos ejemplos son el d i a m a n t e y la s í l i c e (SiO^), son compuestos covalentes p e r o m u y d u r o s y tienen altos p u n t o s de fusión (SiO^ pf=1700*^0, el С pf= 3570°C, el Si pf= 1410°C, el G e pf= 937°C; el S i C pf= por e n c i m a de los 2 7 0 0 ° C ) . El SiO^ es u n sólido muy d u r o y d e e l e v a d o punto de fusión, esto lo explica su estructura d e red tridimensional en la q u e los á t o m o s de silicio o c u p a n el centro de tetraedros estando los de oxígeno en los vértices (siendo c a d a á t o m o d e o x í g e n o c o m ú n a dos tetraedros), unidos estos átomos por e n l a c e s c o v a l e n t e s c o n f o r m a n d o t o d a u n a red. En cuanto a la solubilidad: los compuestos c o v a l e n t e s q u e no s e a n p o l a r e s s ó l o se disolverán en disolventes orgánicos no polares, o s e a , d i s o l v e n t e s d e baja c o n s t a n t e dieléctrica c o m o el b e n c e n o y el tetracloruro de carbono. • 3 . 2 . CRISTAL IÓNICO Es u n enlace muy fuerte, es un enlace primario e n el que intervienen átomos que tienen una diferencia importante de electronegatividad. El cloruro de sodio NaCl (sal de cocina), es el ejemplo clásico de un a i s t a l iónico. Los cristales iónicos son duros, quebradizos, n o c o n d u c e n la e l e c t r i c i d a d (no tienen electrones libres), tienen puntos de fusión elevados (punto de fusión es igual a la temperatura del paso del estado sólido a líquido). En un c r i s t a l i ó n i c o , los iones están atrapados e n sitios fijos e n la red cristalina, estos no pueden migrar y por lo tanto no pueden conducir la corriente eléctrica. La fusión de compuestos iónicos implica necesariamente el rompimiento de la red cristalina, esto requiere una considerable energía de tal manera que los puntos de fusión y de ebullición son generalmente altos, y los compuestos son muy duros. Electronegatividad: C a p a c i d a d de los átomos para atraer o retener electrones, o tendencia d e u n e l e m e n t o para g a n a r o atraer electrones. • 3 . 2 . 1 . C L O R U R O D E S O D I O , N a C l . F o r m a d o p o r u ñ a estructura cúbicas centrada e n las c a r a s ( C C C ) , c a d a cloro esta r o d e a d o octaédricamente por 6 iones d e sodio. C u a n d o el sodio elemental reacciona c o n el cloro elemental, un electrón del sodio se transfiere al cloro. El resultado es un ion sodio (Na*) y u n ion cloro (Cl"). C o m p u e s t o s c o n estructuras s e m e j a n t e s : M g O , C a O , NIO. F e O , M n O .

C l o r u r o d e C e s i o , C s C I . C a d a catión esta rodeado por o c h o aniones y viceversa, su estructura es c ú b i c a simple. C o m p u e s t o s c o n estructuras s e m e j a n t e s : CsBr, TiCl, L i M g .

CsCI

F l u o r i t a C a F j ( M X J . C o m p u e s t o binario e n el q u e los iones Ca tienen la estructura centrada en las caras e s t a n d o los iones F e n todos los o c h o sitios d e c o o r d i n a c i ó n 4 . Es decir la fluorita es cúbica c e n t r a d a e n las c a r a s .

CaR I I /

P r o p i e d a d e s físicas de los cristales iónicos. Los cristales iónicos están constituidos por i o n e s p o s i t i v o s e i o n e s n e g a t i v o s a r r e g l a d o s para f o r m a r un sólido cristalino. En e s t a d o sólido se m a x i m i z a n las f u e r z a s de atracción y se m i n i m i z a n las f u e r z a s de repulsión entre cargas iguales, lo q u e significa q u e e n e s t o s cristales, a lo largo d e cualquier d i r e c c i ó n , los iones positivos se alternan c o n los iones negativos. Conducción eléctrica de iones y sales fundidas. La conducción eléctrica se puede llevar e n cristales Iónicos si son fundidos (mediante partículas llamadas iones). Estas p u e d e n ser negativas o positivas según c o m o hayan g a n a d o o perdido m á s electrones. En el caso del cloairo de sodio, cuando se disuelve e n agua le es posible la conducción eléctrica, debido a la disociación de iones Cl- y N a + . Los iones son radicales simples o c o m p u e s t o s q u e se disocian de las sustancias al disolverse estas y da a las disoluciones el carácter de conductividad eléctrica. • 3 . 3 . CRISTAL METÁLICO C a d a á t o m o e n un m e t a l c o n t r i b u y e c o n sus electrones de v a l e n c i a para f o r m a r u n a n u b e electrónica q u e se m u e v e l i b r e m e n t e entre los iones positivos d e l m e t a l , es u n e n l a c e q u e permite la c o n d u c c i ó n de e l e c t r i c i d a d .

Núcleos

( p o s itiv o s )

E l e c t r o n e s de v a l e n c i a q u e form an u n a n u b e Propiedades de los m e t a l e s : a) Alta c o n d u c t i v i d a d térmica y eléctrica, los e l e c t r o n e s p u e d e n m o v e r s e con libertad por la n u b e electrónica, b) S o n dúctiles (factibles d e hilar) y

m a l e a b l e s (factibles d e fiacer láminas), o) Los puntos de fusión son m o d e r a d a m e n t e altos, la e s t a b i l i d a d de la red positiva c i r c u n d a d a por la n u b e de electrones es alta, d) Son difícilmente solubles e n cualquier disolvente, por el m i s m o motivo q u e justifica el punto anterior. • 3 . 3 . I . N U C L E A C I Ó N Y D E N D R I T A S . Los metales se solidifican al enfriarse, formando la nucleación y posteriormente se forman las ramificaciones llamadas dendritas y finalmente se f o r m a n los g r a n o s . N U C L E A C I Ó N . Es el p r o c e s o de formación de núcleos (en general son pequeños). D E N D R I T A . Estructura arbórea en un metal solidificado; se forma durante la solidificación. G R A N O . Porción de un material con una sola orientación cristalográfica, los materiales p r e s e n t a n varios cristales con varias orientaciones. L Í M I T E D E L G R A N O . Es la línea d e transición o frontera c u a n d o se unen 2 cristales de orientaciones arbitrarias.

NUCLEACiON

DENDRITAS

GRANOS

T E M P L A D O : P r o c e s o d e calentamiento q u e elimina los g r a n o s p e q u e ñ o s . Conductividad • M E T A L E S . La c o n d u c t i v i d a d disminuye con el a u m e n t o de temperatura. • S E M I C O N D U C T O R E S . La conductividad a u m e n t a con el a u m e n t o de temperatura. D Ú C T I L . Metales c o n c a p a c i d a d de doblarse y no fracturarse. D U R E Z A . C a p a c i d a d d e u n material a resistir la penetración. • 3 . 3 . 2 . DEFECTOS O IMPERFECCIONES QUE PRESENTAN LOS MATERIALES ( I M P E R F E C C I O N E S DE L A R E D E S P A C I A L ) . L o s d e f e c t o s c a m b i a n , e n m a y o r o m e n o r m e d i d a , las p r o p i e d a d e s del cristal y su Importancia e n los aspectos electrónicos de los s e m i c o n d u c t o r e s es diferente. Los defectos a s o c i a d o s a las impurezas s o n necesarios e imprescindibles c u a n d o pueden ser controlados, p o r q u e son defectos q u e g e n e r a l m e n t e d e m u e s t r a n u n a actividad eléctrica, capturando o e m i t i e n d o electrones. • P U N T U A L E S . A d i m e n s i o n a l . Ocurre en un punto exacto en el sólido, es un "error" e n el material donde interviene un solo á t o m o , ion, sitio de red o posición intersticial. • I N T E R S T I C I A L E S . Región entre los á t o m o s , definida ai m e n o s por cuatro átomos o iones. L o s intersticios e n los cristales suelen ser tetraèdrico u octaédricos. Hueco entre á t o m o s o iones de un cristal, e n el q u e se p u e d e colocar otro átomo m á s p e q u e ñ o . LINEALES. Unidimensionales. S U P E R F I C I A L E S . Bidimensionales (relacionados con una superficie). D E V O L U M E N . Tridimensionales.

3.3.3. D E F E C T O S P U N T U A L E S • V A C A N C I A . Deficiencia de u n ion o u n á t o m o e n algún p u n t o de la r e d . • I N T E R S T I C I A L . En los e s p a c i o s intersticiales se coloca un á t o m o m á s p e q u e ñ o . • S U S T I T U C I O N A L . Á t o m o d e similar t a m a ñ o , sustituye a u n á t o m o q u e ya se tenía.

vacancia

sustitucional

intersticial

• D E F E C T O D E S C H O T T K Y . V a c a n c i a s de un par d e iones, (las v a c a n c i a s d e b e n de ser de carga contraria, c atión- anión) . S e d e b e m a n t e n e r la neutralidad eléctrica. • D E F E C T O D E F R E N K E L . Par d e d e f e c t o s puntuales q u e se p r o d u c e n c u a n d o u n ion se m u e v e a un sitio intersticial, d e j a n d o atrás una v a c a n c i a .

SCHOTTKY

Frenke!

3.3.4. D I S L O C A C I O N E S L I N E A L E S Existen d o s tipos y s o n ; dislocación d e borde y la dislocación d e tornillo. • D I S L O C A C I Ó N D E B O R D E . Dislocación q u e se f o r m a por inserción de un s e m i plano adicional de á t o m o s e n u n a región cristalina.

A'

/ B=Vector de burgers

é—é

D I S L O C A C I Ó N D E T O R N I L L O . - Una dislocación q u e se p u e d e f o r m a r h a c i e n d o un corte en un chstal y d e s p l a z a n d o la mitad superior de la región cortada, en relación c o n la inferior, en u n a dirección paralela al corte. El vector de Burgers de u n a d i s l o c a c i ó n e n tornillo es paralelo a la línea d e d i s l o c a c i ó n . Circuito de B u r g e r - Circuito q u e se traza e n torno a una d i s l o c a c i ó n , q u e n o r m a l m e n t e se cerraría, si no hubiera una d i s l o c a c i ó n d e n t r o del circuito.

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^

,

3.3.5. A L E A C I O N E S •A-ALEACIÓN. Es la unión h o m o g é n e a e intima de 2 о más metales, о un metal con un no metal q u e se fusiona s i m u l t á n e a m e n t e у presenta p r o p i e d a d e s físicas distintas a las de sus c o m p o - n e n t e s . L a s aleaciones e s t á n constituidas por e l e m e n t o s metálicos en estado e l e m e n t a l , por e j e m p l o Fe, A l , C u , P b . P u e d e n c o n t e n e r algunos e l e m e n t o s no metálicos por e j e m p l o P, C, S i , S, A s . A c e r o . Es u n a aleación de hierro y carbono q u e contiene otros e l e m e n t o s de aleación, los c u a l e s le confieren p r o p i e d a d e s m e c á n i c a s específicas para su utilización en la industria m e t a l m e c á n i c a . M a y o r información e n : httpj/www. arqhys. com/arquitectura/elacero. html A c e r o s inoxidables: A l e a c i ó n ferrosa q u e contiene por lo m e n o s 1 2 % de cromo y en o c a s i o n e s se a g r e g a níquel. A c e r o s para herramientas.- A c e r o al c a r b ó n de alta d u r e z a , tenacidad o resistencia a e l e v a d a s t e m p e r a t u r a s . Al adicionar metales c o m o 1 8 % W, 4 % Cr, 1 % V, las ventajas son dobles. A c e r o galvanizado. A c e r o con recubrimiento de zinc, para evitar la corrosión. + L A T Ó N : A l e a c i ó n con b a s e e n el cobre, las cuales n o r m a l m e n t e contienen zinc. • M O N E L : A l e a c i ó n de níquel y 3 0 % de cobre. • B R O N C E : A l e a c i ó n de c o b r e y un metal d e t e r m i n a d o , tal c o m o b r o n c e estaño, bronce aluminio, b r o n c e silicio. I N C O N E L : A l e a c i ó n de níquel c o n 1 5 % de c r o m o • A L E A C I O N E S I N T E R S T I C I A L E S . El c a r b ó n e n hierro (acero). • A L E A C I O N E S SUSTITUCIONALES. LATÓN: cobre-zinc, MONEL: cobre-niquel G e n e r a l i d a d e s sobre varios tipos de aleaciones: B r o n c e e s t a ñ o . Con u n b r o n c e de 5 - 1 0 % de estaño se tiene un producto de m á x i m a d u r e z a . El b r o n c e q u e contiene entre 1 7 - 2 0 % de estaño tiene alta calidad de sonido, usado para la e l a b o r a c i ó n de c a m p a n a s , y con m á s d e 2 7 % , propiedades de pulido y reflexión. A c t u a l m e n t e los bronces son u s a d o s en la fabricación de bujes, cojinetes y descansos, entre otras p i e z a s de maquinaria p e s a d a . El latón. Es blando, fácil d e tornear, grabar y fundir. Los m á s c o m u n e s contienen 3 0 - 4 5 % d e zinc, y se aplican e n t o d o tipo de objetos domésticos: tornillos, tuercas, c a n d a d o s , ceniceros y candelabros. M o n e l . - Debido a su b u e n a conductividad térmica y resistencia a la corrosión se utiliza f r e c u e n t e m e n t e e n intercambiadores d e calor. Inconel.- El níquel y el cromo actúan conjuntamente para resistir la oxidación, carburización y otras f o r m a s de deterioro a altas temperaturas. Al agregarle aluminio, titanio y niobio a u m e n t a n su resistencia. Por otra parte si se le agrega cobalto, cobre, molibdeno o tungsteno mejora su resistencia mecánica o resiste la corrosión. Se usan e n recipientes para tratamiento t é r m i c o , turbinas, aviación, plantas nucleares g e n e r a d o r a s de energía, etcétera.

3.3.6. C Á L C U L O D E L N Ú M E R O D E C O O R D I N A C I Ó N E N M A T E R I A L E S S Ó L I D O S . El n ú m e r o de coordinación ( N C ) es el n ú m e r o de los primeros v e c i n o s q u e tiene u n á t o m o . N C = r/R= el radio del á t o m o m á s p e q u e ñ o / r a d i o del á t o m o m á s g r a n d e . De 0 < r / R -[0-C^(^^-C-0-CH2-CH2l- + H2O

6 . 3 . E L A S T Ó M E R O S (hule) •A-Materia o r g á n i c a elástica c o h e r e n t e ligeramente entrelazada en forma tridimensional, f o r m a d a de c a d e n a s de alta flexibilidad. El c a u c h o natural es u n elastòmero. Las c a d e n a s largas de un e l a s t ò m e r o se c o n e c t a n entre si por e n l a c e s c r u z a d o s ocasionales: deben ser suficientes para evitar el d e s l i z a m i e n t o de las m o l é c u l a s , pero no privar a las cadenas de la flexibilidad n e c e s a r i a para e x t e n d e r s e c o n facilidad y volver n u e v a m e n t e al d e s o r d e n . • C a u c h o n a t u r a l (poliisopreno). Es el látex obtenido de varias plantas tropicales (Hevea, G u a y u t e y Catilloa) p o s e e d o r de g r a n elasticidad. С Н з

-

СН2=С-СН-СНз

СНз

-СНа-С [-CH^-CCNCH-CH^-ln (neoprene). P o l í m e r o a t á c t i c o . S u s g r u p o s l a t e r a l e s a d q u i e r e n p o s i c i o n e s a l e a t o r i a s e n la polimerización. P o l í m e r o isotáctico. S u s g r u p o s laterales están u b i c a d o s e n el m i s m o lado de la cadena principal, e s m a s cristalina. C o m o e j e m p l o p o d e m o s mostrar el polipropileno: El polipropileno q u e normalmente se utiliza, es e n su m a y o r parte isotáctico. Esto significa q u e todos los grupos metilos de la c a d e n a e s t á n del m i s m o lado, d e esta f o r m a : *4W4

CH2-CH—CH2-CH—CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH ' I ' 1 " 1 l I CH3 CH3 CH3 CHj CHj

-~

Polipropileno isotáctico P e r o a v e c e s s e usa el polipropileno atáctico. Atáctico significa q u e los grupos metilos e s t á n distribuidos al azar a a m b o s lados de la c a d e n a , de e s t e m o d o :

CH3

CHJ

—CHJ—CH-CH2—CH-CH2—CH-CH2—CH-CH2—CH— CK^

CHi

CHi

Polipropileno atáctico P O L I A D I C I Ó N (ver a p é n d i c e A)

п

* P O L I A D I C I Ó N (ver a p é n d i c e A) Adición

Monómero

Unidad monómera (Polímero)

Bolsas, botellas

polietileno ^

^

etileno

polipropileno

[CH2-CH]„ c u propilene

[CH2-CH]„

C H 2 = C H

I

Mangueraf' Juguetes

(CgHs)

^' estireno C l o r u r o d e vinilo

de

Lamillas, tubos, recipientes

C H 3

3

poliestireno

Policloruro vinilo (PVC)

Usos

[CH2-CH]„

CH2=CH

Tubos, pisos, mangueras.

Cl

Cl Politetrafluoroetileno (TEFLON) Poliacrilonithlo (orlon, acrilan, creslan)s

^

^

tetrafloruro d e etileno "^etilmetracrllato

CH5=CH ^ j

[CF2-CF2ln [CHj-CHJn

* POLICONDENSACIÓN Condensación Unidad monómera (Polímero) N y l o n 66

Poliéster

Keviar (PPTA)

rH 1

00 1II

0

1

II n

N < 0 > N - C < 0 > C Epóxícos

H 1 t O - R - O - C 1

l-l

pinturas,

Alfombras, cuerdas.

Películas, fibras y prendas de vestir.

0

H

Fibras, lentes.

Usos

H H 0 0 1 1 II II -IN-(CH2)6N-C-(CH2)^-C-OJ-

0

Recubrimientos, empaques, sellos.

H 1 C - C H ^ l n

i

O H

Fibras, chalecos antibalas, raquetas. Adhesivos.

• 6 . 4 . VULCANIZACIÓN C h a r l e s G o o d y e a r mezcló a c c i d e n t a l m e n t e l á t e x ( c a u c h o ) + Azufre en una estufa caliente, o b s e r v a n d o q u e el material obtenido y a n o e r a p e g a j o s o , q u e seguía siendo flexible y que e r a resistente a las sustancias q u e disolvían el látex. El v u l c a n i z a d o i n h i b e la t e n d e n c i a d e l c a u c h o a r e b l a n d e c e r c o n el calor. El calor del vulcanizado abre los dobles enlaces atrapando el azufre, formando múltiples enlaces cruzados de azufre. El vulcanizado es c o m ú n m e n t e utilizado en las llantas de carro. Bajo contenido de azufre dejan al caucho blando y flexible. Si se incremento el contenido de azufre, se limita el desenroscado de cadena y el caucho se hace m á s duro, más rígido y más frágil. Típicamente, se agrega del 0.5 al 5 % de azufre para formar en los elastómeros los enlaces cruzados.

"7^^

СНз I 3 n|:CH2=C-CH=CH2]

.[CH2"¿=CH-CH2]-

-[CHj-f-fH-CHj]. +azufre->

Cís-lsopreno -[ÒH2-C=CH-CHp]-" I

.[CH^i-eH-CHj^1 ^ CH^

СНз 6.5. P O L Í M E R O S I N O R G Á N I C O S Naturales: A s b e s t o . C a d e n a s dobles de silicato [SiO^O.,,]^. Fibras de c a r b o n a t o . Fibras de grafito. Artificiales: Fibras de vidrio. Fibras de sílice en forma de fibras. Silicones. C a d e n a s d e silicio con ramificaciones orgánicas. Silicon:

[-0-Si-0-]„

• P r o p i e d a d e s de los polímeros: C o n d u c t i v i d a d . P u e d e n c o n d u c i r si se les agrega grafito. Estabilidad. El calor e x c e s i v o p u e d e degradarlos. D e g r a d a c i ó n . Al q u e m a r l o s en presencia de aire. O x i d a c i ó n . S e v u e l v e n m á s d u r o s y m e n o s flexibles. La oxidación lleva al fenómeno de e n v e j e c i m i e n t o del polietileno así c o m o los hules c o m u n e s q u e sufren u n a perdida d e flexibilidad con el t i e m p o , d e b i d o a q u e se f o r m a n enlaces cruzados por efecto de los á t o m o s d e o x í g e n o (vulcanización), bajo la acción catalítica del sol. • E s c i s i ó n . La luz Ultravioleta (luz del sol) puede romper los enlaces, modificando las p r o p i e d a d e s del p o l í m e r o . • 6 . 6 . G R A D O DE POLIMERIZACIÓN C a n t i d a d de m o n ó m e r o s e n l a z a d o s q u e forman un polímero; es igual al peso molecular del p o l í m e r o y se divide entre el peso molecular del m o n ó m e r o . G.P. =

Peso molecular del polímero Peso m o l e c u l a r del m e r o (unidad de repetición) En el c a s o de d e los polímeros q u e contienen un solo tipo de m o n ó m e r o s , el peso m o ­ lecular d e la unidad de repetición es el m i s m o m o n ó m e r o . Si el polímero contiene m á s de un tipo de m o n ó m e r o , el p e s o m o l e c u l a r de la unidad de repetición será la suma de los pesos m o l e c u l a r e s d e los m o n ó m e r o s , m e n o s el peso molecular del subproducto.

• E j e m p l o : U n a muestra d e polietileno tiene una m a s a m o l e c u l a r d e 2 5 0 0 0 g / m o l . Cuál es el g r a d o d e polimerización d e la m o l é c u l a p r o m e d i o del polietileno, [C^HJ^. Cálculo d e Peso m o l e c u l a r d e l m e r o del e t i l e n o : C a r b ó n = 2 ( M a s a a t ó m i c a c a r b ó n ) = 2 x 12.01= 2 4 g r / m o l . Hidrógeno= 4 ( M a s a a t ó m i c a H i d r ó g e n o ) = 4 x 1.008= 4 g r / m o l . Masa atómica del c a r b ó n + M a s a a t ó m i c a Hidrógeno: 2 8 g r / m o l . G . R { g r a d o d e p o l i m e r i z a c i ó n ) = 2 5 0 0 0 g/mol = 8 9 2 . 8 5 28 g/mol Ejemplos para resolver: 1. Calcular el grado d e polimerización del teflon si s u p e s o m o l e c u l a r e s igual a 2 5 0 0 0 0 g/mol. 2. Calcular el g r a d o d e p o l i m e r i z a c i ó n del nylon 6 6 ( t o m a r e n c u e n t a q u e e s u n p o l í m e r o de condesación) si tiene un peso m o l e c u l a r d e 2 4 0 0 0 0 g / m o l . 3. Calcular la c a n t i d a d d e m e r o s e n u n a muestra c o m e r c i a l d e polipropileno - ( C 3 H 6 ) - , cuyo peso molecular e s d e 1 5 0 ООО g / m o l . 4. Un polímero d e s c o n o c i d o p r e s e n t a u n p e s o m o l e c u l a r d e 2 5 , 0 0 0 g/mol y s e s a b e q u e su grado d e polimerización e s d e 8 9 1 . ¿ D e q u e p o l í m e r o s e trata? S e s o s p e c h a q u e p u e d e ser T E F L O N -[CF^-CFJ^., C l o r u r o d e vinilo -[CH2-CHCI]„_, o Polietileno -[CH^-CHJ^..

Apéndice A Polietileno Éste es el polímero q u e hace las bolsas d e a l m a c é n , los frascos de c h a m p ú , los j u g u e t e s de los niños y chalecos a p r u e b a de balas. Es un material m u y versátil y tiene u n a estructura m u y simple.

— ( ^ _ C — c — C — С

H

H

H

H

H

t

i

i 1

I

I

1

H

1

t1

H

H

H

H

H 1

!

1

1

- c c - - c - - c - - c - i ~c-

-MMW

H

C u a n d o a l g u n o s de los c a r b o n o s (en lugar de t e n e r h i d r ó g e n o s unidos a ellos) tienen asociadas largas c a d e n a s de polietileno. Esto se llama polietileno ramificado, o d e baja densidad, o L D P E (low density polyethylene). C u a n d o no hay ramificación, se llama polietileno lineal, o H D P E (high density polyethylene). El polietileno lineal es m á s fuerte q u e el polietileno ramificado. El polietileno se recalienta a a p r o x i m a d a m e n t e 1 0 0 ° C , lo q u e significa q u e los platos de polietileno se defonmarían e n el l a v a p l a t o s . Polipropileno El polipropileno c u m p l e u n a d o b l e tarea, c o m o plástico y c o m o fibra. C o m o plástico s e utiliza para hacer cosas c o m o e n v a s e s para alimentos c a p a c e s d e ser lavados en un lavaplatos. Esto es posible p o r q u e no funde por d e b a j o d e 160°C. C o m o fibra, el polipropileno se utiliza para hacer a l f o m b r a s de interior y exterior (a diferencia del n y l o n , no a b s o r b e el a g u a ) . Estructuraímente u n o de los c a r b o n o s d e la u n i d a d m o n o m é r i c a tiene u n i d o u n g r u p o metilo. H

H

H

H

- ^ ¿ _ c - 4 -

' ' c ^ c

/

H

\

1 СНз

Propileno

H

1 " СНз

Ро1ч)горйепо

El polipropileno q u e utilizamos, es e n su m a y o r parte isotáctico. Esto significa q u e t o d o s los grupos metilos d e la c a d e n a están del m i s m o lado. Este polímero es un b u e n e l a s t ò m e r o . Esto es p o r q u e los b l o q u e s isotácficos f o r m a n cristales. Pero d a d o q u e los b l o q u e s isotácticos están unidos a los bloques atácticos, c a d a p e q u e ñ o a g r u p a m i e n t o d e polipropileno c r i s t a l i n o i s o t á c t i c o q u e d a r í a f u e r t e m e n t e e n l a z a d o por h e b r a s d e l d ú c t i l y g o m o s o polipropileno atáctico. Poliestireno La cubierta exterior esta h e c h a d e poliesfireno, así c o m o las m a q u e t a s de a u t o s y a v i o n e s . El poliestireno t a m b i é n se presenta e n f o r m a d e e s p u m a para envoltorio. Las tazas h e c h a s de plástico t r a n s p a r e n t e están h e c h a s de poliestireno. T a m b i é n u n a g r a n c a n t i d a d d e partes del interior de un auto. Es u s a d o en j u g u e t e s y e n s e c a d o r e s de cabello y c o m p u t a d o r a s . Es una c a d e n a h i d r o c a r b o n a d a , con un g r u p o fonilo unido c a d a d o s á t o m o s de c a r b o n o .

H

H

Poliestireno

Estíreno

PVC El poli c l o r u r o d e vinilo es el plástico q u e se c o n o c e c o m o P V C . La m a y o r í a de las instalaciones de plomería d e las c a s a s es de P V C . El PVC es útil porque resiste: fuego y a g u a . Debido a su resistencia al a g u a , se lo utiliza para hacer impermeables para la lluvia y cortinas para b a ñ o . También tiene resistencia a la llama {porque contiene cloro). C u a n d o se q u e m a el P V C , los á t o m o s de cloro son liberados, inhibiendo la c o m b u s t i ó n .

H

H

H

H

C=C / H

Oí

H

Cl

Cloruro de Vinilo

Policloruro de vinile (PVC)

Nylon Los n y l o n s s o n usados c o m o fibras. Se utiliza para fabricación de ropa. En la Segunda G u e r r a M u n d i a l el nylon fue n e c e s a r i o para hacer material de guerra, c o m o cuerdas y p a r a c a í d a s . Los nylons t a m b i é n se llaman poliamidas, debido a los característicos grupos a m i d a e n la c a d e n a principal. Estos g r u p o s a m i d a son m u y polares y pueden unirse entre sí m e d i a n t e enlaces por puente de hidrógeno.

O hC -1:'- - C H r - C H r - C H 2 - C H 2 - C - - N H " - C H ^ C H r - C H T - C H r C H v - C H 2 ~ N H - i 11 I ! Seis átomos de carbono

i

J Seis átomos de carbono

El nylon se llama nylon 6.6, p o r q u e cada unidad repetitiva de la c a d e n a polimèrica, tiene d o s e x t e n s i o n e s de á t o m o s de c a r b o n o , c a d a una con una longitud de seis átomos de c a r b o n o . Otros tipos de nylon p u e d e n tener diversos n ú m e r o s de átomos de carbono en estas e x t e n s i o n e s . Los nylons se p u e d e n sintetizar a partir de las diaminas y los cloruros de diácido (en el laboratorio). El nylon 6.6 se hace con los m o n ó m e r o s cloruro del adipoilo y hexametilén diamina.

Ci Cloruro de adipoilo

Nylon 6 , 6

Hexametilén díamina

Pero en una planta industrial de n y l o n , se lo fabrica g e n e r a l m e n t e h a c i e n d o r e a c c i o n a r el ácido a d í p i c o con la hexametilén d i a m i n a . O II

H O ,

^

^

NH2

^ c .

^

+

^

II

o Acido adipico

hexametilén diamtna

Nylon 6,6 H Nomex y Keviar Las a r a m i d a s pertenecen a u n a familia d e nylons, i n c l u y e n d o el N o m e x y el K e v i a r El Keviar se utiliza para hacer chalecos a p r u e b a d e balas y neumáticos de bicicleta resistentes a las pinchaduras. Las m e z c l a s de Keviar y d e N o m e x se utilizan para hacer ropas a n t i ­ llama {ropa d e los b o m b e r o s ) . El Keviar e s u n a p o l i a m i d a , e n la cual t o d o s los g r u p o s a m i d a están s e p a r a d o s por g r u p o s para-fenileno, e s decir, los g r u p o s a m i d a se u n e n al anillo fenilo en posiciones o p u e s t a s entre sí.

Keviar

El N o m e x , por otra parte, p o s e e g r u p o s m e t a - f e n i l e n o :

^\

Nomex

H

Poliacrilonltrllo El poliacrilonitrilo es de la familia d e los acrilatos poliméricos. S e h a c e a partir del m o n ó m e r o acrilonitrilo, por m e d i o d e una p o l i m e r i z a c i ó n vinilica por radicales libres.

H

H

C=^C H

C=N

H l

-C ! H

H

Poliacrilonitrifo

Acrilonitrilo El poliacrilonitrilo se utiliza para hacer la fibra de c a r b o n o . Pero los c o p o l i m e r o s q u e contienen principalmente poliacrilonitrilo, se utilizan c o m o fibras para hacer tejidos, c o m o m e d i a s , s u é t e r e s y c a r p a s . La palabra "acrilico", d e n o t a q u e la prenda está h e c h a c o n a l g ú n

c o p o l í m e r o de poliacrilonitrilo. G e n e r a l m e n t e son c o p o l i m e r o s de acrilonitrilo y metil acrilato, o acrilonitrilo y metil metacrilato. El poli(estireno-co-acrilonitrilo) ( S A N ) y el polKacrilonitrilo-co-butadieno-co-esílreno) ( A B S ) , s e utilizan c o m o plásticos. E l S A N (estireno y acrilonitrilo polímero lineal) es un simple copolímero al azar de estíreno y acrilonitrilo. Pero el A B S esta hecho por medio de la polimerización de estireno y acrilonitrilo e n presencia de polibutadieno. El polibutadieno tiene enlaces dobles carbono-carbono en su e s t r u c t u r a , los que p u e d e n t a m b i é n polimerlzar. Así q u e t e r m i n a m o s c o n una cadena de polibutadieno, c o n t e n i e n d o c a d e n a s de S A N injertados en el, tal c o m o usted ve abajo. • | - С Н 2 - С Щ п - + С Н г - С Н 4 щ

C=N

SAN El A B S e s m u y fuerte y liviano. Es lo suficientemente fuerte c o m o para ser utilizado en la fabricación d e piezas para a u t o m ó v i l e s . El e m p l e o de plásticos c o m o A B S hace más livianos a los a u t o s , así q u e utilizan m e n o s c o m b u s t i b l e y por lo tanto c o n t a m i n a n m e n o s . El A B S es un plástico m á s fuerte q u e el poliestireno d a d o a los g r u p o s nitrilo en sus unidades de acrilonitrilo. Los g r u p o s nitrilo s o n m u y polares, así q u e s e atraen m u t u a m e n t e . Esto permite q u e las c a r g a s o p u e s t a s d e los grupos nitrilo p u e d a n estabilizarse. Esta fuerte atracción sostiene f i r m e m e n t e las c a d e n a s de A B S , h a c i e n d o el material m á s fuerte. También el p o l i b u t a d i e n o , c o n su a p a r i e n c i a de c a u c h o , hace al A B S m á s resistente q u e el poliestireno. Poliuretanos Los p o l i u r e t a n o s s o n los p o l í m e r o s m e j o r c o n o c i d o s para h a c e r e s p u m a s . P u e d e n ser e l a s t ó m e r o s , p u e d e n ser pinturas, p u e d e n ser fibras y p u e d e n ser a d h e s i v o s . Por supuesto, los poliuretanos se llaman así p o r q u e e n su c a d e n a principal contienen e n l a c e s uretano.

O %

"

^

"

o

-

^

^

Uretano

1

H La figura muestra un poliuretano simple, pero un poliuretano puede ser cualquier polímero q u e c o n t e n g a u n e n l a c e u r e t a n o e n su c a d e n a principal. L o s poliuretanos se sintetizan h a c i e n d o reaccionar diisocianatos c o n dialcoholes.

0 = C ^ N —

CHj

— N = C = 0

+

Díisocianato

H

—

HO—CHZ—CHJ—OH

Díaicohol

' — '

H

А v e c e s , el dialcohol se sustituye por u n a d i a m i n a y el polímero q u e o b t e n e m o s es u n a poliurea, p o r q u e contiene m á s bien un e n l a c e urea, en lugar d e un enlace u r e t a n o . Pero g e n e r a l m e n t e se les llama poliuretanos.

0=C=N-((^)-CHi-^:;^^N=C=0

+

H2N-CH2-CHÍ-NH2

Diisocianatos

¿

^—^

Diamina

^—^

H

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Poli metil metacrilato El poli (metil metacrilato) l l a m a d o P M M A , u s a d o c o m o material irrompible e n r e e m p l a z o del cristal (es u n plástico claro). S e hace v e n t a n a s c o n P M M A y se les llama Plexiglás o Lucite. S e utiliza para hacer las superficies d e las b a ñ e r a s , piletas de c o c i n a y las tinas d e b a ñ o y d u c h a s de u n a sola pieza. La ventaja c o n r e s p e c t o al vidrio es q u e es m á s t r a n s p a r e n t e , las ventanas d e P M M A se pueden hacerse gruesas y siguen siendo perfectamente transparentes. Esto hace del P M M A un b u e n material para fabricar g r a n d e s acuarios, c u y a s v e n t a n a s d e b e n c o n t e n e r la alta presión de litros d e a g u a . L a s pinturas d e "látex" acrílico c o n t i e n e n a m e n u d o u n a s u s p e n s i ó n de P M M A e n a g u a . C u a n d o se disuelve u n p o c o de P M M A e n el aceite lubricante o fluido, éstos no se v u e l v e n v i s c o s o s con el frío y el motor d e u n carro puede funcionar hasta a -100°C. El P M M A es f o r m a d o por polimerización vinilica de radicales libres a partir del m o n ó m e r o metil metacrilato. H

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metil metacrilato o t r o polímero u s a d o c o m o sustituto irrompible d e l vidrio es el policarbonato. Pero el P M M A es m á s barato. Policarbonato El policarbonato, o e s p e c í f i c a m e n t e p o l i c a r b o n a t o de bisfenol A , es u n plástico claro u s a d o para hacer v e n t a n a s inastillables, lentes livianas p a r a anteojos y otros (el d i f e n o l - p r o p a n o es mejor c o n o c i d o c o m o Bisfenol A ) .

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Grupo carbonato

El policarbonato t o m a su n o m b r e de los g r u p o s c a r b o n a t o e n su c a d e n a principal. Lo l l a m a m o s policarbonato d e bisfenol A , p o r q u e se e l a b o r a a partir d e bisfenol A y f o s g e n o ( C O C I 3 ) . Esto c o m i e n z a con la reacción del bisfenol A con hidróxido d e s o d i o para dar la sal

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s ó d i c a del bisfenol A. El policarbonato q u e se utiliza para hacer lentes ultra-livianas. No sólo es m u c h o m á s liviano q u e el cristal, sino q u e tiene un índice de refracción mucho m á s alto. Eso significa q u e la luz se refracta m á s q u e e n el cristal, así q u e mis cristales ya no necesitan ser tan g r u e s o s . Resinas epoxi El p r i m e r c o m p o n e n t e d e l e p o x i es u n polímero de bajo peso molecular con grupos epoxi en c a d a e x t r e m o . L a s resinas e p o x i han producido excelentes p e g a m e n t o s , siendo éstos unos d e los p o c o s q u e se p u e d e n utilizar e n los m e t a l e s . Pero t a m b i é n se los utiliza c o m o r e c u b r i m i e n t o s protectores, c o m o materiales e n objetos tales c o m o tableros electrónicos y p a r a e m p a r c h a r agujeros e n p a v i m e n t o s de c e m e n t o . Los epóxidos también se utilizan para hacer c o m p ó s i t o s .

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Molécula con dos grupos epoxi en sus extremos C u a n d o s e m e z c l a n a m b a s partes, el diepoxi y la d i a m i n a , éstos hacen algo divertido. R e a c c i o n a n y se u n e n entre sí, d e m a n e r a tal q u e se enlazan t o d a s las moléculas del d i e p o x i y d e la d i a m i n a :

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S e f o r m a u n a red e n t r e c r u z a d a : OH

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/-^i~cn¿^^-^c»^ 0 > N , entonces el punto d e ebullición del H F seria el mayor. Sin e m b a r g o , el a g u a tiene un punto de ebullición m u c h o m a y o r de lo e s p e r a d o , esto se d e b e a q u e el a g u a t i e n e la c a p a c i d a d d e f o r m a r 4 p u e n t e s d e h i d r ó g e n o , mientras q u e el H F s o l o p u e d e f o r m a r un p u e n t e d e hidrógeno por molécula. • M O L É C U L A S P O L A R E S , N O P O L A R E S Y E L M O M E N T O DIPOLAR • M o m e n t o dipolo. El m o m e n t o dipolo (ц) e s el producto d e la c a r g a Q y la distancia r entre las cargas (es u n a m e d i d a cuantitativa d e la polaridad): \i=Q X r Se e x p r e s a e n u n i d a d e s d e b y e (D), el factor de c o n v e r s i ó n e s 1D= 3.33x1 Og^ С m. Donde С es coulomb y m es metro.

M o l é c u l a p o l a r . P o s e e un m o m e n t o dipolo.

M o l é c u l a n o p o l a r . No posee u n m o m e n t o dipolo • L a s m o l é c u l a s p u e d e n tener e n l a c e s intramoleculares (enlaces fuertes covalentes) e interacciones intermoleculares entre moléculas (atracciones débiles). Existen moléculas polares y no polares. La polaridad de una molécula esta definida por 2 factores: 1) la polaridad d e los enlaces e n la m o l é c u l a (esta relacionado c o n la electronegatividad) y 2) la geometría de la m o l é c u l a (el m o m e n t o dipolar de las moléculas f o r m a d a s por tres o más elementos resta d e t e r m i n a d a por su polaridad y su g e o m e t r í a ) . Un e n l a c e d i p o l o es una fuerza que t i e n e d i r e c c i ó n y m a g n i t u d ( c o m o u n v e c t o r ) . La m a g n i t u d está r e l a c i o n a d a c o n la e l e c t r o n e g a t i v i d a d entre los e l e m e n t o s d e la m o l é c u l a , mientras q u e la dirección esta relacionada c o n la orientación de los e l e m e n t o s d e la molécula. La polaridad de un enlace se caracteriza por la separación de cargas eléctricas. • L a s m o l é c u l a s diatómicas q u e contienen á t o m o s diferentes (por ejemplo: HCI, HF, C O , y N O ) t i e n e n un m o m e n t o dipolo y se dice q u e son moléculas polares. Las moléculas d i a t ó m i c a s q u e contienen á t o m o s del m i s m o e l e m e n t o (por ejemplo: H^, O^ y F^) se les c o n s i d e r a m o l é c u l a s n o p o l a r e s y no presentan m o m e n t o dipolo. Por ejemplo, p o d e m o s representar el HCI indicando las c a r g a s parciales 5* y 5", e n los á t o m o s (en este caso el m o m e n t o dipolar esta relacionado con la polaridad de los enlaces e n ta molécula, el Cl q u e d a c a r g a d o n e g a t i v a m e n t e d e b i d o a q u e es m á s electronegativo). H5*—CI5-

• E n el caso de la molécula de dióxido de carbón, CO^, existe una ausencia de un momento dipolar d e b i d o a su geometria molecular. C a d a enlace carbono-oxigeno existe una polaridad, si se representa el m o m e n t o dipolar mediante una fiecha. Cada enlace dipolo, es una cantidad vectorial; es decir, tiene m a g n i t u d y dirección. C o m o los dos enlaces dipolo son de igual m a g n i t u d p e r o direcciones contrarias se c a n c e l a n entre sí, por lo q u e debido a esto resulta un m o m e n t o dipolar neto igual a cero para (a molécula. ->

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