TIPOS DE ESTRUCTURAS CRISTALINAS

 Además de los factores químicos, en cuanto a los factores geométricos, hay que tener en cuenta la forma de las partículas constituyentes de la estructura. Así, cuando tenemos átomos iguales que se unen mediante enlace metálico, se forman los empaquetamientos densos que se describen como un empaquetamiento de esferas tal que cada una de ellas se rodea de otras doce

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vin_bolv2.gif (169 bytes)    Empaquetado cúbico compacto (ECC):

Se trata de un empaquetado ABC en el que la tercera capa cubre los huecos de la primera que no han sido cubiertos por la segunda

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La red basada en el ECC es una red cúbica centrada en las caras. Su orientación respecto del empaquetado compacto es la siguiente:

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vin_bolv2.gif (169 bytes)    Empaquetado hexagonal compacto (EHC):

Se trata de un empaquetado ABA en el que la tercera capa ocupa exactamente la misma posición que la primera, constituyendo las estructuras más compactas o densas posibles. Es una estructura característica de muchos metales como el oro, plata, plomo, etc.

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La red basada en el EHC es una red hexagonal múltiple con un nudo adicional en su interior.

Existen empaquetados de orden superior que darían lugar a estructuras con alternancias de empaquetados cúbicos y hexagonales compactos.

 

vin_bolv2.gif (169 bytes)    Coordinación de lugares interatómicos en empaquetados densos

Los empaquetados cúbicos y hexagonal poseen una característica muy importante:

"la disposición regular de sus posiciones atómicas determina la existencia de posiciones interatómicas con un número de coordinación fijo y determinado"

Así, según los intersticios que surgen de las secuencias compactas de empaquetamiento (cúbico compacto o hexagonal compacto), que aparecen, fundamentalmenente, en coordinación tetraédrica (coordinación 4) y octaédrica (coordinación 6), estén ocupados total o parcialmente por cationes, se originarán diferentes tipos de estructuras básicas.

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En una red cúbica de caras centradas originada por un  empaquetado cúbico compacto, las posiciones interatómicas pueden ser:

vin_pq.gif (870 bytes)    Posición octaédrica (NC=6): La posición central de la celda, al igual que las posiciones medias en las aristas del cubo, está rodeada por seis átomos que forman los vértices de un octaedro. (figura a)

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        12/4 (en aristas) + 1 (centro) = 4 posiciones octaédricas

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vin_pq.gif (870 bytes)   Posición tetraédrica (NC=4). (Existen ocho posiciones tetraédricas en la celda). (figura b)

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vin_pq.gif (870 bytes)    Posición triangular (NC=3): Cada tres átomos contiguos determinan un triángulo equilátero cuyo centro es una posición de coordinación 3. (figura c)

 

Por su parte, en la red hexagonal originada por un  empaquetado hexagonal compacto, las posiciones interatómicas pueden ser:

vin_pq.gif (870 bytes)    Posición octaédrica (NC=6): Los lugares octaédricos están situados entre dos triángulos de direcciones opuestas, cada uno formado por tres átomos situados en uno de los pisos del empaquetado. (figura a)

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vin_pq.gif (870 bytes)    Posición tetraédrica (NC=4): Las posiciones tetraédricas existen entre dos pares de átomos en direcciones perpendiculares entre sí y situados cada par en un piso del empaquetado. También aparecen estas posiciones en el centro del tetraedro regular formado por tres átomos de un piso y el tangente a ellos situado en el piso inmediato. (figura b)

vin_pq.gif (870 bytes)    Posición triangular (NC=3): Cada tres átomos contiguos determinan un triángulo equilátero cuyo centro es una posición de coordinación 3. (figura c)

 

vin_bolv2.gif (169 bytes)    Estructuras derivadas de la estructura cúbica de caras centradas

Las posiciones octaédricas, tetraédricas y triangulares proporcionan regiones que pueden ser ocupadas por iones de carga opuesta a los que están situados en las posiciones atómicas normales del empaquetado, siempre que aquellos tengan el tamaño adecuado.

Las estructuras derivadas que se originan son:

vin_pq.gif (870 bytes)    Estructura tipo halita, NaCl: Cuando en una estructura cúbica de caras centradas todas las posiciones octaédricas son ocupadas pos átomos iguales, pero distintos de los originales. Los iones Cl y Na alternan en las tres direcciones principales del espacio.

La celda elemental es cúbica de caras centradas, y la estructura puede describirse como dos redes de este tipo, una de Cl- y otra de Na+.

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vin_pq.gif (870 bytes)    Estructura tipo fluorita, CaF2: Cuando en una estructura cúbica de caras centradas se llenan todas las posiciones tetraédricas por otros átomos, idénticos entre sí. Cada Ca++ se halla en el centro de un cubo cuyos vértices están ocupados por F-. Éstos, a su vez, están en el centro de un tetraedro cuyos vértices lo ocupan sendos Ca++.

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Los Ca++ forman una celda cúbica de caras centradas y los F- otras dos celdas desplazadas. La estructura tiene dos tipos de coordinación; 8 para el Ca y 4 para el F.

Esta estructura es apropiada para compuestos de relación estequiométrica 2:1

vin_pq.gif (870 bytes) Estructura tipo esfalerita: Los átomos que ocupan las posiciones tetraédricas son químicamente diferentes de el situado en 000.

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vin_bolv2.gif (169 bytes)    Estructuras derivadas de la estructura hexagonal de caras centradas

Análogamente a las estructuras cúbicas compactas, las posiciones octaédricas, tetraédricas y triangulares proporcionan regiones que pueden ser ocupadas por iones de carga opuesta a los que están situados en las posiciones atómicas normales del empaquetado, siempre que aquellos tengan el tamaño adecuado. Así, podemos distinguir:

vin_pq.gif (870 bytes)    Estructura tipo niccolita, NiAs, o pirrotina, FeS: Cuando todas las posiciones de coordinación 6 en una estructura tipo empaquetado hexagonal se llenen por átomos iguales pero distintos de los que constituyen la estructura básica.

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Se trata de la estructura equivalente hexagonal del ClNa cúbico.

vin_pq.gif (870 bytes)    Estructura tipo wurtzita, SZn: Se origina debido a que la distribución de posiciones tetraédricas en el empaquetado hexagonal es tal que sólo se pueden llenar la mitad de ellas. Este tipo estructural permite la sustitución de átomos distintos en la estructura básica e, incluso,aparecer estructuras con deficiencias atómicas.

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vin_bolv2.gif (169 bytes)    Otros tipos estructurales de coordinación

vin_pq.gif (870 bytes)    Estructura tipo ClCs: Es cúbica y los cationes están situados en los vértices de un cubo ordinario, mientras que los aniones están situados en el centro de dicho cubo. La coordinación es cúbica (NC=8).

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vin_pq.gif (870 bytes)    Estructura tipo rutilo, TiO2: Es tetragonal y la coordinación de los cationes es 6 y se halla situada en el centro de un octaedro cuyos vértices están ocupados por los aniones.

Tanto la estructura del rutilo como la de la anatasa están basadas en un empaquetamiento de oxígenos deformados.

vin_pq.gif (870 bytes)    Estructura tipo corindón, Al2O3: Los oxígenos forman un empaquetado hexagonal y los Al están rodeados por 6 oxígenos en coordinación octaédrica que no es perfecta.

La estructura del corindón puede ser descrita como una estructura derivada de la wurtzita en la que sólo dos de cada tres posiciones octaédricas han sido ocupadas.

 

vin_bolv2.gif (169 bytes)    Estructura de los carbonatos

 Los carbonatos tienen al grupo [CO3]2- como unidad estructural básica, teniendo dicho grupo forma de triángulo equilátero con el carbono en el centro y los oxígenos en los vértices.

Como la valencia electrostática del carbono supera la mitad de la carga de los oxígenos, los radicales CO3 van a quedar independientes, manteniéndose unidos mediante otros cationes de carga más débil.

vin_bolv2.gif (169 bytes)    Estructura de los silicatos

 La unidad estructural básica de los silicatos es el grupo [SiO4]4- en el que los oxígenos se disponen en los vértices de un tetraedro regular en cuyo centro hay un ión silicio.

Teniendo en cuenta que la valencia electrostática (cociente entre la valencia de un ión y su número de coordinación) del silicio es exactamente la mitad de la carga del oxígeno, en las estructuras de los silicatos dominan los polímeros, formados por dos radicales, anillos de radicales, cadenas infinitas, láminas y, por último, armazones tridimensionales.

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Armazón tridimensional de teraedros: Estructura del tectosilicato CUARZO

Cuarzo