INSTITUTO POLITCICO NACIONAL Escuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica GUA DE ESTUDIO DE QUMICA BSICA JUNIO 2012 ACADEMIA

DE QUMICA

UNIDAD II.- ESTADO SLIDO 2.1.-Escriba las definiciones de slidos cristalinos y amorfos 2.2.-Escriba las principales caractersticas de los slidos cristalinos y amorfos 2.3.-Describa a los ngulos interfaciales, racionalidad de los ndices y simetra 2.4.-Dibujo y caractersticas de los 7 sistemas cristalinos 2.5.- Describa que es una red de Bravais y dibuje las redes de bravais que tiene cada uno de los 7 sistemas cristalinos. 2.6.- Define Celda unitaria y Red Cristalina 2.7.- Escriba las propiedades de los cristales en funcin del tipo de enlaceComplete los siguientes cuadros en funcin de lo que se pide: a.- Sobre la clasificacin de los slidos cristalinos: CLASIFICACIN TIPO DE PARTICULAS Atmico Molecular Red Covalente Inico Metlico b.- Sobre las caractersticas de los sistemas cristalinos: Sistema Cristalino Ejes a=b=c Tetragonal === 90 Hexagonal a=b=c = = 90; 90 abca Generalidades del estado slido 1.- De una descripcin sobre el estado slido ngulos entre ejes PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS EJEMPLO DE COMPUESTOS

2.- Describe las propiedades de los slidos cristalinos 3.- Describa los tipos de enlace qumicos que tienen los slidos cristalinos 4.- Si un slido cristalino requiere poco calor para fundirse, Qu tipo de enlace tiene? y anote sus caractersticas. 5.- Si un slido cristalino requiere elevado calor para fundirse, Qu tipo de enlace tiene? y anote sus caractersticas. Caractersticas de los slidos cristalinos 1.- Clasifique a los siguientes compuestos como slidos inicos, metlicos, moleculares, de red o amorfos, NaCl, Ag, CaCl2, vidrio, polietileno, diamante, cobre, K2SO4, I2, Fe, nylon. 2.- Indique el tipo de slido cristalino al que le corresponde cada una de las siguientes propiedades: a).- Funde por debajo de 100C y es insoluble en agua ________________________ b).- Conduce la electricidad solo despus de fundirse___________________________ d).- Es insoluble en agua y no conduce la electricidad__________________________ e).- No es cristalino y funde dentro de un intervalo de temperaturas amplio _________ 3.- Explique como se comportara cada una de las siguientes sustancias si se le aplica un martillazo. Justifique el comportamiento de cada sustancia. a).- Un metal como el oro b).- Un no metal como el azufre c).- un compuesto inico como el NaCl 4,. Indique el tipo de slido cristalino al que le corresponde cada una de las siguientes propiedades: a).- Funde por debajo de 100C y es insoluble en agua:________________________________ b).- Conduce la electricidad solo despus de fundirse__________________________________ d).- Es insoluble en agua y no conduce la electricidad_________________________________ e).- No es cristalino y funde dentro de un intervalo de temperaturas amplio_________________ 5.- Con lo que sabe acerca de los enlaces, explique por que el diamante es ms denso que el grafito. 6.- Con los ejemplos de slidos cristalinos de red, determine si estos materiales son solubles en agua o en disolventes orgnico. 7.- Explique por que el diamante es un aislante elctrico y el grafito es un conductor elctrico. Clasificacin de los sistemas cristalinos y redes de bravais 1. Describa las diferencias en funcin de ngulos y vrtices que existen en cada uno de los diferentes sistemas cristalinos que hay ( USE IMGENES) 2. Escriba el nombre de las redes de Bravais que hay en cada una de los sistemas cristalinos USE IMGENES 3. Describa que es una red cristalina USE IMGENES 4. Describa que es una celda unitaria USE IMGENES 5. Describa las propiedades relevantes de una celda unitaria 6. Defina parmetro de red 7. Determine la relacin entre el radio atmico y el parmetro de red para la celda C y esquematcelo. 8. Determine la relacin entre el radio atmico y el parmetro de red para la celda CC y esquematcelo. 9. Determine la relacin entre el radio atmico y el parmetro de red parala celda CCC y esquematcelo. 10. Calcule el factor de empaquetamiento para la celda CCC

11. Calcule el factor de empaquetamiento para la celda CC 12. Calcule el factor de empaquetamiento para la celda C 13. Qu estudia la cristalografa? 14. Qu es la estructura cristalina? 15. Qu es un punto reticular 16. Investigue la estructura cristalina del NaCl, y en funcin de ella conteste Cuantas celdas unitarias comparten cada uno de los iones Na+ que estn en la cara frontal de la celda unitaria? Cuantas celdas unitarias comparten cada uno de los iones Cl- de esa cara? 17. Los radios inicos de Cs y Cl son de 0.169 y 0.181nm respectivamente Que longitud tiene la diagonal del cuerpo de la celda unitaria del CsCl? Cunto mide la arista de esta celda unitaria? 18. Se forma una celda unitaria cbica simple de modo que los tomos iones esfricos apenas se toquen a lo largo de las aristas. Demuestre matemticamente que el porcentaje de espacio dentro de la celda es de 52.4%. LEYES CRISTALOGRFICAS ngulos interfaciales 1. Describa que es un ngulo interfacial 2. Describa cual es el uso que se le da a los ngulos interfaciales en cristalografa 3. Describa cuales son los ngulos interfaciales que caracteriza a cada uno de los sistemas cristalinos. Use imgenes Racionalidad de los ndices 1. Describa ampliamente a que se refiere la racionalidad de los ndices 2.- Describa el uso que se le d a la racionalidad de los ndices en cristalografa 3.- Indique que relacin tiene la racionalidad de los ndices con los ndices de Miller Simetra 1.- use imgenes para explicar los siguientes conceptos a).- simetra b).- ejes de simetra c).- centros de simetra d).- Para el sistema cbico en sus tres redes de bravis , y hexagonal busque cuantos ejes de simetra tienen Sistema Cbico 1.-Cuantos tomos equivalentes hay en cada una de las tres celdas unitarias cbicas:

(a)

(b)

(c)

2.-Las anteriores estructuras cristalinas a que redes de Bravais corresponden 3.- El oro (radio atmico= 144 pm) cristaliza en una celda unitaria centrada en las caras Cunto mide una arista de la celda. 4.- Dibuje la celda unitaria del CsCl y en funcin de ella indique Cuntos iones de Cs hay en cada celda unitaria Cuntos iones de Cl? 5.- El cobre es cbico centrado en las caras tiene una constante de red de 0.3615nm. Calcule el valor de radio atmico de un tomo de cobre en nm. 6.- Calcule la densidad volumtrica del Cu si pertenece al sistema cbico centrado en las caras, el radio es igual a 1.278 7.- Determine el parmetro de red del Fe si tiene una densidad de 7.882g/ml, pertenece a un sistema cbico centrado en el cuerpo. ndices de Miller 1.- Dibuje e indique las coordenadas atmicas en una celda unitaria cbica 2.- Describa a que se le llama ndices de Miller 3.- Escriba el procedimiento para determinar los ndices de Miller para cada red del sistema cbico 4.- Dibuje los planos cristalinos de una celda unitaria cbica centrada en las caras 5.- Dibuje los siguientes planos: a).- (220) b).- (111) c).- (110) d).- (110) Resuelve los siguientes problemas: 1.- En un estudio sobre los cristales de sulfato de cobre, la incidencia del ngulo fue de 25.36, cuando la longitud de onda de los rayos X empleados era de 1.85 . Determinar las dimensiones de la celda unitaria de los cristales de cobre, los cuales pertenecen al sistema cbico. 2.- El platino tiene una densidad de 21.5 g/cm3, y se sabe que sus cristales pertenecen a un sistema cbico. La longitud de la arista de su celda unitaria es de 3.914 Qu tipo de red tienen los cristales de platino? 3.- Calcule el factor de empaquetamiento inico para el Fe, en el cloruro de hierro, que pertenece a un sistema cbico centrado en las caras. Los radios atmicos son: Fe = 0.124nm y Cl - = 0.181nm 4.- El Cu pertenece a una estructura cristalina cbica centrada en las caras, tiene una constante de red de 0.361nm, calcule el valor del radio atmico. Ejercicios sobre Estado slido y Ecuacin de Bragg. 1.- Cuando la plata cristaliza forma celdas cbicas centradas en las caras. La longitud de la arista de la celda unitaria es de 409 pm. Calcule la densidad de la plata. 2.- Calcule la densidad del Cu, que tiene 2 tomos equivalentes, el radio del Cu = 0.1278 pm, adems escriba a qu tipo de red cristalina pertenece. La masa atmica del cobre es igual a 63.54g/mol 3.- El Cu pertenece a una estructura cristalina cbica centrada en las caras, tiene una constante de red de 0.361nm, calcule el valor del radio atmico. 4.-Determine la densidad del Radio con sistema cristalino cbico centrado en las caras, cuyo parmetro de red es 0.153 nm (m.a. Ti = 46.88 g /mol ) 5.- El platino tiene una densidad de 21.5 g/cm3, y se sabe que sus cristales pertenecen al sistema cbico. La longitud de la arista de su celda unitaria es de 3.914 Qu tipo de red tienen los cristales de platino? 6.- El Nquel tiene una estructura cristalina cbica centrada en las caras y tiene una constante de red de 0.3523nm, calcule la distancia interplanar siguiente: a).- d111 7.- Calcule el factor de empaquetamiento inico para el Cesio, en el cloruro de cesio, que pertenece a un sistema cbico centrado en el cuerpo. Los radios son: Cs+ = 0.170 nm y Cl- = 0.181 nm 8- Para el sistema cbico en sus tres redes de bravais. Deducir los clculos siguientes: a).- tomos equivalentes b).- volumen de la celda unitaria

9.- Dibujar los siguientes planos: (110), (221) y en funcin de cada uno determine las distancias interplanares si a= 0.361nm y a = 0.421nm respectivamente. 10.- En un estudio sobre los cristales de sulfato de cobre, se encontr que la reflexin mxima de primer orden sobre los planos 111, ocurri en un ngulo de 25.360, cuando la longitud de onda de los rayos X empleados era de 1.85 . Determinar las dimensiones de la celda unitaria de los cristales de cobre, los cuales pertenecen al sistema cbico. 11.-Al difractar rayos X con de 2.65 sobre cristales de platino, indic que la reflexin de primer orden (n = 1) se presenta a 820 0. Calclese la distancia entre las capas sucesivas del cristal de platino. 12.- Los rayos X de longitud de onda igual a 4.08 dan una reflexin de primer orden con un ngulo de 5.36 0 , para un cristal de diamante. Cul es la distancia entre las capas del cristal? 13.-Un cristal difracta los rayos X de longitud igual a 0.154 nm con un ngulo de 14.17 0. Suponiendo que n = 1, cul es la distancia (en pm) entre las capas del cristal? 14.- Determine los ndices de Miller y dibuje el plano correspondiente, si se tienen las siguientes intersecciones a=1/3, b= - 2/3, c=1/2 con los ejes cristalogrficos. 15.-Calcule las distancias interplanares para sistema cbico centrado en el cuerpo del plano (100), del plano (110) y del plano (111). Relaciona ambas columnas ( ) El sistema cbico se caracteriza por ( ) Predijo que si un haz de rayo X no homogneo se dirigiera contra un cristal y se colocara una placa fotogrfica detrs de l, la imagen obtenida mostrara una serie de manchas dispuestas en forma geomtrica alrededor del haz central. ( ) Como cada red del sistema cbico presenta un conjunto de planos particulares, El valor de la relacin entre las distancias interplanares es ( ) Nombre general de las formas en que se encuentran colocados los tomos o iones dentro de la celda unitaria correspondiente, formando as por su colocacin la forma geomtrica del sistema ( ) Fueron los primeros en utilizar a los cristales como una rejilla de reflexin ( ) Contiene 4 tomos equivalentes en la celda unitaria ( ) si un cristal est formado realmente por una disposicin ordenada de tomos, entonces los planos atmicos en el cristal actuaran como una rejilla de difraccin tridimensional para los rayos X ( ) Contiene un tomo equivalente en la celda unitaria 1.- Cbica centrada en las caras 2.- Cbica simple

3.- Max Von Laue sugiri que

4.- Max Von Laue y Bragg

5.- Hexagonal (P), Monoclnica simple y triclnico simple 6.- La cbica simple, la de caras centradas y la de cuerpo centrado. 7.La longitud de onda con que se incide el

rayo es directamente proporcional a la distancia entre los planos por el seno del ngulo del rayo incidente 8.- Ejes del mismo tamao (a = b = c) y sus ngulos iguales y perpendiculares entre si ( = = = 90).

( (

) redes de Bravais del sistema cbico ) Descripcin de la ecuacin de Bragg

9.- Redes de Bravais 10.- tambin un valor caracterstico para cada red espacial
n =2 d tan

16.- Complete el siguiente cuadro: Estructura Cbica simple Cbica centrada en el cuerpo Cbica centrada en las caras Hexagonal compacta a (r) Nmero de coordinacin tomos por celda Factor de empaquetamiento Ejemplos

17.-Para los siguientes planos, Cuales son sus ndices de Miller?

18.- La teora de bandas como esclarece la conductividad de un material conductor y como la de un aislante. OXIDACIN REDUCCIN 1.- Escribe las reglas para asignar los NUMEROS DE OXIDACIN de los elementos 2.-En las siguientes reacciones, identifica el agente oxidante y el agente reductor, as como los cambios de nmero de oxidacin. a) 2 Mg + O2 2 MgO b) 2 HNO3 + 3 H3AsO3 2 NO + 3 HAsO4 + H2O 3.- balancee las siguientes reacciones por el mtodo del nmero de oxidacin, adems determine para cada una, la sustancia oxidada, la reducida, el agente oxidante y el reductor. a).- Fe + HCl FeCl 2 + H2 b).- Al + MnO2 Al203 + Mn