Empaquetamiento Compacto y Estructuras Cristalinas
Muchos metales y sólidos iónicos se derivan del empaquetamiento compacto de esferas, con cationes que llenan los huecos octaédricos y tetraédricos para generar los tipos de estructura recurrentes de la química inorgánica.
Definition
El empaquetamiento compacto y las estructuras cristalinas es la descripción de cómo los átomos e iones se organizan en sólidos extendidos mediante un empaquetamiento eficiente de esferas, con iones más pequeños ocupando los huecos intersticiales, dando lugar a tipos de estructura característicos.
Scope
Este tema abarca la descripción geométrica de las estructuras cristalinas inorgánicas: empaquetamiento compacto cúbico y hexagonal y sus huecos intersticiales octaédricos y tetraédricos; la derivación de tipos de estructura comunes como la sal de roca, la blenda de zinc, la fluorita, el rutilo y la perovskita; las reglas de la relación de radios y las reglas de Pauling para predecir la coordinación y la estructura; y la relación entre el tipo de estructura y la estequiometría. Trata la geometría y la predicción de la estructura en lugar de la energética cubierta en el tema de la energía reticular.
Core questions
- ¿Qué son el empaquetamiento compacto cúbico y hexagonal y cuántos huecos contienen?
- ¿Cómo se derivan los tipos de estructura iónica comunes de los arreglos compactos?
- ¿Cómo predicen la coordinación y la estructura las reglas de la relación de radios y las de Pauling?
- ¿Cómo restringe la estequiometría qué huecos se llenan?
Key concepts
- Empaquetamiento compacto cúbico y hexagonal
- Huecos octaédricos y tetraédricos
- Estructuras de sal de roca y blenda de zinc
- Estructuras de fluorita y rutilo
- Estructura de perovskita
- Reglas de la relación de radios y de Pauling
Key theories
- Empaquetamiento compacto y huecos intersticiales
- Las esferas se empaquetan de manera más eficiente en arreglos compactos cúbicos o hexagonales, cada uno proporcionando un hueco octaédrico y dos tetraédricos por esfera en los que se pueden colocar cationes para construir estructuras iónicas.
- Tipos de estructura comunes
- El llenado de fracciones específicas de los huecos en un arreglo aniónico compacto genera los tipos de estructura de sal de roca, blenda de zinc, fluorita, rutilo y relacionados que se repiten en sólidos inorgánicos binarios y ternarios.
- Reglas de la relación de radios y de Pauling
- La relación del radio catión-anión predice el número de coordinación preferido, y las reglas de valencia electrostática de Pauling y reglas relacionadas restringen cómo los poliedros comparten esquinas, aristas y caras en estructuras estables.
Clinical relevance
El reconocimiento de los tipos de estructura es fundamental para el diseño y la interpretación de materiales inorgánicos funcionales, incluidos los óxidos de perovskita utilizados en catálisis, ferroeléctricos y células solares, y las espinelas utilizadas en baterías e imanes.
History
Las primeras determinaciones de rayos X de Bragg revelaron que sales simples como el cloruro de sodio adoptan estructuras compactas, y la compilación de radios iónicos de Goldschmidt permitió el razonamiento de la relación de radios. Las reglas de Pauling de 1929 y los estudios sistemáticos de Wells organizaron el vasto catálogo de tipos de estructuras inorgánicas.
Key figures
- Linus Pauling
- William Lawrence Bragg
- Victor Goldschmidt
- Alexander Wells
Related topics
Seminal works
- pauling1929
- wells2012
- west2014
Frequently asked questions
- ¿Cuál es la diferencia entre el empaquetamiento compacto cúbico y hexagonal?
- Ambos empaquetan esferas de la manera más eficiente posible, pero difieren en la secuencia de apilamiento de las capas compactas: el empaquetamiento compacto hexagonal repite un patrón ABAB, mientras que el empaquetamiento compacto cúbico repite ABCABC, dando el arreglo cúbico centrado en las caras.
- ¿Por qué la relación de radios predice el número de coordinación?
- Un catión debe ser lo suficientemente grande como para evitar que los aniones circundantes se toquen entre sí; a medida que aumenta la relación del radio catión-anión, números de coordinación progresivamente más altos se vuelven geométricamente estables, lo cual es la base de las reglas de la relación de radios.