ESTADO SÓLIDO
·COMPARE LAS PROPIEDADES MÁS SOBRESALIENTE DE LOS TRES ESTADOS DE LA MATERIA.

La materia se presenta en tres estados fundamentales: sólido, liquido y gaseoso.

Estos estados son conocidos comoEstados de Agregación de la materia. Los cuerpos en dichos estados poseen las siguientes propiedades:

8solidos:- Poseen forma y volumen propio .

    -Sus moléculas se hallan en un estado ordenado: forma cristalina definida.

    -Los sólidos no son compresibles .

    -Entre sus moléculas predominan las fuerzas de atracción.

8Liquidos: -No poseen forma ni volumen propio, lo adoptan del recipiente que los contiene.

    -Susmoléculas no presentan un estado ordenado, sino que están en un cierto desorden .

   -Son pocos compresibles

    -Entre sus moléculasestán equilibradas las fuerzas de atracción con la de repulsión.

8Gaseoso:-No tienen forma ni volumen propio, sino que lo adoptan delrecipiente que lo contienen.

    -Sus moléculas se caracterizan por su movilidad y fuerzaexpansiva .

    -Son fácilmente compresibles, por lo tanto pueden ocupar elmenor volumen posible.

    -Entre sus moléculas predominan las fuerzas de repulsión .

·REPRESENTE EL DIAGRAMA DE FASE DEL AGUA.

·EXPLIQUE: a)¿QUE REPRESENTAN LAS CURVAS DEL DIAGRAMA DE FASE DELM AGUA?, b)¿QUE REPRESENTA EL PUNTO TRIPLE?, c)¿COMO PASARÍA DEL ESTADO LIQUIDO AL SÓLIDO?, d)¿COMO PASARÍA DEL ESTADO SÓLIDO AL VAPOR ?

Las relaciones globales entre las fases sólidas, liquidas y gaseosas se representan mejor en una sola gráfica conocida como Diagrama de fases. "un diagrama de fase proporciona las condiciones de presión y temperatura en las cuales una sustancia existe como sólido, liquido y gas"


DIAGRAMA DE FASE DEL AGUA: El diagrama de fase muestra tres regiones, cada una de las cuales representa una fase pura. La línea de separación entre dos regiones indica las condiciones en las cuales

estas dos fases pueden existir en equilibrio. El punto en que las tres curvas coinciden se llama punto tripley que para el agua es 0,01°C y 0,006atm. Esta es la única condición en las cuales estas tres fases (sólida, liquida y gaseosa)pueden estar en equilibrio entre si.La temperatura del punto triple es muy próxima al llamado punto de la congelación. Los diagramas de fases permiten predecir los cambios en el punto de fusión y punto de ebullición de una sustancia como resultado de cambios en la presión externa; También se puede anticipar las direcciones de las transiciones de fases provocadas por cambio en la temperatura y presión.

Esta fig. nos muestra que al aumentarla presión por encima de 1 atm. , aumentar el punto de ebullición 
disminuirá el punto de fusión. la disminución de presión, produce por el contrario, una disminución del pto. de ebullición y disminuirá el punto de fusión. La disminución de presión produce por el contrario una disminución del punto de ebullicióny un aumento en le punto de congelación. Toda sustancia tiene una temperatura sobre la cual la forma gaseosa no se puede licuar, independientemente de cuan fuerte sea la presión aplicada. Esta temperatura se conoce como temperatura critica, es también la máxima temperatura a la cual una sustancia puede existir como liquido. La presión mínima que debe ser aplicada para licuar una sustancia a la temperatura critica se llama Presión Critica.Puesto de otra manera, puesto por encima de la temperatura crítica no hay distinción entre un liquido y un gas: se tiene simplemente un fluido. La existenciade la temperatura crítica se explica cualitativamente como sigue : "La atracción intermolecular es una cantidad finita para una sustancia dada". A temperatura inferiores a la temperatura crítica, esta fuerza es lo suficientemente grande para mantenera las moléculas juntas (con una presión adecuada) en un liquido. Sobre la temperatura crítica, el movimiento molecular llega a ser tan enérgico que las moléculas romperán la fuerza de atracción y se mantendrán aparte. 

c) Para pasar al estado liquido al sólido (solidificación), solo es necesario disminuir la temperatura, de esta forma se rompe el equilibrio entre las fuerzas atractivas y las repulsivas ; predominando las fuerzas de atracción entre las moléculas, creando una estructura ordenada.

d)Para pasar del estado sólido al vapor (volatilizaron), se deberá aumentar la temperatura tanto como para movilizar las moléculas del sólido que están constituyendo una red cristalina, al mismo tiempo comienza aumentar la fuerza repulsiva entre ellas características del estadogaseoso.

·¿QUE TIPOS DE REDES CRISTALINAS CONOCE?. CITE EJEMPLOS DE CADA UNA.

Los sólidos se pueden dividir en dos categorías : CRISTALINOS y AMORFOS.

wUn sólido cristalino :Se caracteriza por poseer rigidez y orden de largo alcance; sus moléculas, átomos o iones ocupan posiciones especificas. El centro de cada una de las posiciones se llama punto reticular, y el orden geométrico de estos puntos reticulares se llama estructura cristalina. Son ejemplos de estos sólidos las sales inorgánicas, los metales, muchos compuestos orgánicos, los gases solidificados (hielo seco: dióxido de carbono) , etc.

wSolidos Amorfos:Sus moléculas carecen de disposición definida, de orden molecular de largo alcance. Ej: el vidrio , el fósforo rojo, la resina, el azufre amorfo y muchos materiales plásticos .

ESTRUCTURA CRISTALINA: La estructura de los cristales fue establecida por difraccion de rayos X .

La unidad básica repetitiva de la disposición de átomos o moléculas en un sólido cristalino es una celda unitaria. Una celda unitaria es un cristal como ladrillo en la pared . las celdas o unidad unitaria se dibujan representando a cada átomo por un punto que indica la posición de su centro .Fig 1
Cada sólido se describe en términos de uno de los siete tipos de celdas unitarias que se muestran en la fig. 2. Cualquiera de estas celdas unitarias, cuando se repite en el espacio, forma la estructura reticular característica de un sólido cristalino. Considérese la celda unitaria cubica, esta posee los lados y ángulos iguales. La ubicación de los átomos determina si la celda cúbica unitariase llama celda cúbica simple (CCS), celda cúbica centrada en el cuerpo(CCB) o cubicas centradas en las caras(CCF). Dada que cada celda unitaria en un sólido cristalino es adyacentes a otras celdas unitarias, la mayoría de los átomos son compartidos con las celdas unitarias vecinas . por ejemplo: cada átomo en un vértice, pertenece a ocho celdas unitarias (fig.4.) , un átomo centrado en la cara es compartidopor dos celdas unitarias(fig 5)

a)una celda unitaria y b) su extensión en tres dimensiones. las esferas negras representan átomos o moléculas.

  b)Fig.2 Son los tipos de celdas unitarias

tres tipos de celdas cubicas. En realidad las esferas representan átomos moléculas o iones y están en contacto entre si en estas celdas cúbicas.

Fig. 4 un átomo en el vértice de una celda cubica es compartido por ocho celdas unitarias.

Fif 5. un átomo centrado en las caras en una celda cúbica es compartido por dos celdas unitarias.

ESTRUCTURAS DE EMPAQUETAMIENTO COMPACTO.

wEMPAQUETAMIENTO COMPACTO: Es un tipo de estructura que se encuentra a menudo en los metales, se denominan a menudo "empaquetada en forma compacta".

"Una estructura de empaquetamiento compacto es una estructura que a menudo se encuentra en los metales, de modo que sus átomos ocupan el menor volumen total dejando el menor espacio vacío posible".

Hay dos formas principales de agrupar átomos en una estructura de empaquetamiento compacta. Ambas pueden representarse como lo indica la Fig 6-a .Los átomos del segundo plano superior (capa B)están situados en los huecos del primer plano (capa A). un tercer plano puede tomar una de las dos posiciones siguientes, dependiendo de la estructuras electrónica de los átomos.
Una posibilidad es que una tercera capade átomos se situé en los huecos que están precisamente por encima de los átomos de la primera capa, como en la Fig 6-b. El tercer 

plano duplica entonces al plano A, la siguiente capa duplica a la B, y así sucesivamente. Esto conduce a una estructura de capa ABAB.....Como puede verse en las figuras cada átomo tiene tres vecinos próximo en el plano inferior, seis en el propio plano y en el plano superior tres ; en total: 12. esto se describe, diciendo que el Nro de coordinación de cada átomo en el sólido es 12.

"El Nro de coordinación de un átomo es el Nro de átomos vecinos próximos que tiene el sólido"

La estructura descripta se denomina ESTRUCTURA CON EMPAQUETAMIENTO HEXAGONAL COMPACTO (hcp) porque es posible describir una pauta hexagonal en la disposición de sus átomos .

El magnesio y el Zinc cristalizan de esta manera.

La segunda posibilidad es que los átomos de la tercera capa estén situados en los huecos de la segunda capa que no están precisamente sobre los átomos de la primera, como se muestran en la Fig 6-c .Si llamamos C a este plano, la estructura resultante tiene una disposición de planos ABCABC..... . El numero de coordinación también es de 12 ; esta estructura se denomina como ESTRUCTURA CON EMPAQUETAMIENTO CUBICO COMPACTO(ccp)porque muestra una pauta cubica. El aluminio el cobre la plata y el oro cristalizan en esta forma. Algunos metales no tienen estructura con empaquetamiento compacto. Las estructuras electrónicas de sus átomos son tales que el sólido tiene menor energía total si los átomos vecinos están situados en otras posiciones distintas a las correspondientes a empaquetamiento compacto. puesto que en esta estructura cada átomo esta centrado en el centro de un cubo formado por otros ocho átomos, se denomina estructura cubica centrada en un cuerpo (bcc) . cada átomo tiene ocho vecinos próximos, por lo que su numero de coordinación es 8. El hierro, el sodio y el potasio cristalizan de esta manera.

·¿QUE ES LA ENERGÍA RETICULAR?

La energía reticular , es la energía requerida para separar completamente 1 mol de un compuesto sólido ionico en sus iones gaseosos. EJ.La energía reticular del NaCles 788 Kj/ mol .En otras palabras, se necesita suministrar 788 Kj de energía para separar 1 mol de NaCl sólido de un mol de iones Na+ y un mol de iones Cl.

·MEDIANTE UN EJEMPLO EXPLIQUE QUE SON : a) sólidos ionices, b)Sólidos moleculares, c)Sólidos covalentes , d)sólidos metálicos.

a)SOLIDOS Ionices: están constituidos por especies cargadas : iones positivos (cationes ) y los iones negativos (aniones). dichos iones se encuentran unidos por medio de fuerzas electrostáticas. Son duros quebradizos, de alto punto de fusion , malos conductores del calor y de la electricidad . Ej NaCl, LiF, MgO.

Si consideramos la estructura del NaCl, red cubica centrada en las caras, se podrá observar que la longitud de la arista de la celda unitaria es el doble de la suma de los radios ionices de Na+ y Cl -.Fig 7

b)SOLIDOS Covalentes: están formadas por átomos enlazados por uniones covalentes en una red que se extiende entre dimensiones . Son ejemplos bien conocidos los dos ALÓTROPOS del carbono : el diamante y el grafito. En el diamante cada átomo esta unida a otros 4 átomos de C. En el grafito , los átomos de carbono están acomodados enanillos de 6 miembros. Estos sólidos son duros , de alto punto de fusión, malos conductores de calor y de la electricidad (excepto el diamante que es un buen conductor térmico) .

Otro tipo de cristal covalente es el cuarzo , este es parecido al diamante en muchos aspectos, tales como dureza y punto de fusion alto.

c)SOLIDOS Moleculares: es un cristal molecular, los puntos reticulares están ocupados por moléculas y las fuerzas de atracción entre ellas son del tipo Van der Waals y/o enlaces hidrógenos . Un ejemplo de este tipo de cristales el dióxido de azufre sólido, en el cual la fuerza de atracción predominante es de interacción dipolo-dipolo . los enlaces hidrógenos intermoleculares son los responsables de mantener la red tridimensional del hielo . Otros ejemplos son el yodo . P4,S8, sacarosa, agua, etc.

Estos sólidos son suaves, bajo punto de fusión, malos conductores del calor y de la electricidad.

d)SOLIDOS Metálicos: cada punto de su red esta ocupada por un átomo del mismo metal. los cristales metálicos son del tipo cubico centrados en el cuerpo, cúbicos centrados en las caras o hexagonales compactos. Los átomos se hallan unidos por medio de enlaces metálicos. son suaves o duros, de bajos a altos puntos de fusión, buenos conductores de calor y de la electricidad . Ej. todos los elementos metálicos como el Fe, Cu, mg, etc.

                                        SOLIDOS

Sólido Ionico: Porciones de iones Na+ y Cl- dentro de la celda unitaria. cúbica centrada en las caras.

Fig 7

Sólidos covalentes:

a) cada C esta unida tetraedricamente a otros 4 at. de C . b) Los átomos de C están acomodados en anillos de 6 miembros, formando capas.

SOLIDOS MOLECULARES

a)estructura de la molécula del P4.

b)estructurade la molécula del Sg(Azufre gas)

SOLIDOS METALICOSsección transversal de la sección de las estructuras cristalinas de un metal.

cada circulo cargado positivamente representa el núcleo y los electrones internos del at. metálico. el área gris que rodea a los iones indica el mar móvil de electrones.

·EXPLIQUE EL MECANISMO DE LA CONDUCCION DE LA CORRIENTE ELECTRICA DE LOS SEMICONDUCTORES.

Una de las propiedades más característicasde un metal es la capacidad de conducir la corriente eléctrica, o flujos de cargas eléctrica. En la conducción electrónicaque es el tipo de conducción que tienen lugar en los metales, la carga es transportada por electrones. en la conducción ionica, la carga es y transportada por iones. este es el mecanismo de conducción de una sal fundida o de una disolución electrolítica.

las sustancias pueden clasificarse de acuerdo con la resistencia que muestran al paso de corriente, en los siguientes tipos.

·AISLANTE: es una sustancia que no conduce la electricidad .

·SEMICONDUCTOR: es un conductor electrónico con una resistencia que disminuye a medida que la temperatura aumenta.

·CONDUCTOR METÁLICO: es un conductor electrónico con una resistencia que aumenta a medida que la temperatura crece.

·SUPERCONDUCTOR: es un conductor electrónico que conduce la electricidadcon resistencia nula.
Son aislantes las siguientes sustancias: los gases, la mayoría de los compuestos sólidos ionices, casi todos los compuestos orgánicos y casi todos los líquidos y sólidos (moleculares y convalentes). Son conductores metalicos todos los metales y algunos otros sólidos. un ejemplo de semiconductor es un cristal puro de silicio que contiene una diminuta cantidad de As o de indio. Son superconductores los metales como el plomo o compuestos enfriados a temperaturas próximas al cero absoluto. sin embargo el primer superconductor a altas temperaturas, son complicados óxidos irónicos.

Conduccion en los metales: la conducción eléctrica en metales se explica por medio de orbitales que se extienden por todo el sólido. Cuando N orbitales atómicos se combinan forman N orbitales moleculares. En un metal hay un Nro. grande de orbitales moleculares con energías muy parecidas. los niveles

wde energías están tan próximoque forman una banda de energía casi continua.

Si consideramos una muestra de sodio, veremos que cada átomo contribuye con un orbital de valencia (el 3s) y un electrón de valencia. Si hay N átomos en la muestra, los N orbitales 3s se combinan para dar una banda de N orbitales moleculares. En la cual se han de acomodar los N electrones de valencia . Estos electrones ocupan los orbitales según el principio de construcción, llenando los 1/2 N orbitales de menor energía (ya que dos electrones pueden ocupar un orbital, puesto que esto conduce a la menor energía.
una banda de orbitales parcialmente ocupados se denominan banda de conducción. puesto que los orbitales en las banda están situados muy próximos, se necesita muy poca energía para excitar los electrones desde los orbitales llenos más altos a los orbitales vacíos inmediatamente por encima. estos electrones pueden moverse

electrones pueden moverse libremente a través del sólido y por tanto pueden conduciruna corriente eléctrica.

La resistencia de un metal aumenta con la temperatura porque cuando un metal se calienta, sus átomos vibran con mayor amplitud . A medida que lo hacen, chocan con algunos electrones que lo atraviesan. esto disminuye el flujo de electrones, así el sólido es peor conductor a elevadas temperaturas que a bajas.
Los Aislantes :también pueden describirse mediante bandas. no hay así banda de conducción además hay una gran banda de

wnombre Banda prohibida antes de que empiece la siguiente banda vacía.

En un aislante, hay una sustancialseparación entre el nivel de energía más alto ocupado y el primer nivel vacío, por los que los electrones están prácticamente inmóviles.

Los electrones de la banda inferior pueden ser excitados a la banda superior por medio de una gran cantidad de energía. (La banda superior esta formada por el solapamiento de orbitales atómicos más altos, pero es análoga a la banda de orbitales 3s) por tanto, los electrones de la banda inferior están realmente inmóviles y el sólido no conduce la electricidad.

wLos Semiconductores:un tipo de semiconductor es el silicio muy puro con una pequeñisima cantidad de impureza de arsénicotiene 5. El electrón adicional entra en la banda superior vacía y permite que el sólido conduzca la electricidad. Este tipo de material se denomina Semiconductor tipo n, indicando la n presencia del exceso de electrones, cargados negativamente. 

Es un semiconductor tipo n, los átomos adicionalesproporcionan electrones suplementarios que ocupanparcialmente la banda superior y transportan la corriente eléctrica. En un semiconductor tipo p, loa átomos adicionales quitan electrones de la banda llena, y los electrones próximos a la parte superior de la banda pueden conducir libremente la corriente.
si el Si se dopa con el indio en lugar del As, el sólido resultante tiene menor Nro. de electrones que el elemento puro y la banda inferior no esta completamente llena.(Idem a la Fig. anterior). El sólido ahora es conductor eléctrico porque los orbitales ocupados más altos tienen vecinos desocupados. este tipo de material se denomina Semiconductortipo p . La p indica que debido a que las bandas contienen pocos electrones tienen menos carga negativa y por

tanto en cierto sentido mayor carga positiva. los dispositivos electrónicos de estado dolido (transistores y circuitos integrados) están formados por uniones "p-n" en las que un semiconductor tipo p está en contacto con un semiconductor tipo n.
 

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