• Author / Uploaded
• déborah_rosales

• Categories
• Cristal
• Enlace covalente
• Enlace químico
• Moléculas
• Complejo de coordinación

Citation preview

CRECIMIENTO DE CRISTALES

Valencia Bedoya Viviana Julieth 0825840; Rojas Rivera Johan Sebastián 0826035; Rincón Castillo Janier 0827528 Universidad del Valle. Facultad de Ciencias Naturales y Exactas. Programa de Tecnología Química. Laboratorio de Química inorgánica. Santiago de Cali, Junio 01-2010

RESUMEN (abstract) La experimentación de crecimiento de cristales, consistió en la preparación de soluciones saturadas de cromato tripotásico de litio hexahidratado, acetato de cobre y calcio hexahidratado y ferricianuro de potasio, estas soluciones saturadas fueron concentradas poco a poco durante ocho semanas para que así los cristales fueran formándose y se obtuvieran las diferentes formas del cristal, es decir hexagonal correspondiente a los cristales amarillos de cromato tripotásico de litio hexahidratado, tetragonal correspondiente a los cristales azules de acetato de cobre y calcio hexahidratado y finalmente la forma monoclínica correspondiente los cristales rojos de ferricianuro de potasio. Palabras claves: cristales, sólidos cristalinos, estructura, catión, anión, anisótropo.

INTRODUCCIÓN Las estructuras y propiedades de los cristales, como punto de fusión, densidad y dureza, estas determinadas por el tipo de fuerza que mantiene unidas a las partículas, como las fuerzas intermoleculares, tales

como los enlaces de hidrogeno, las fuerzas dipolo –dipolo y las fuerzas de van de Waals. Cualquier cristal es susceptible de clasificarse así: iónicos, covalentes, moleculares o metálicos. Los cristales iónicos se caracterizan por fuerzas electrostáticas no direccionales entre los iones, mientras los cristales metálicos se describen como un mar de electrones que rodea una red de cationes. La mayoría de los cristales iónicos tiene puntos de ebullición elevados, lo cual refleja la gran fuerza de cohesión que mantiene juntos a los iones. La estabilidad de los cristales iónicos depende en parte de la energía reticular (es la energía requerida para separar completamente un mol de un compuesto iónico en sus iones gaseosos.)1; cuanto mayor sea esta energía, más estable es el compuesto. Los cristales covalentes presentan un entrelazamiento de enlaces covalentes direccionales, mientras que los cristales atómico-molecular se mantiene unidos por fuerzas intermoleculares entre los átomos o moléculas discretas.

OBJETIVOS    

Conocer sobre las estructuras que forman los sólidos cristalinos. Investigar acerca de las reacciones llevadas a cabo en cada uno de los procesos de formación de cristales. Conocer sobre las fuerzas intermoleculares que se dan en cada tipo de cristal formado. Aplicar los conocimientos adquiridos para reconocer el tipo de enlace que poseen los sólidos cristalinos formados.

MÉTODO EXPERIMENTAL Preparación de solido cristalino de cromato tripotásico de litio hexahidratado: 1. Se peso 3,80 g de de dicromato de potasio (K2Cr2O7), el cual se disolvió en 8,0 mL de H2O caliente con la ayuda de un magneto y plancha agitadora. 2. Posteriormente se añadió lentamente 0,5002 g de carbonato de litio (LiCO3), se debe tener en cuenta adicionarlo en pequeñas cantidades hasta disolución. 3. Consecutivamente se adiciono NaOH 0,50 g hasta completa disolución. 4. Al tener la solución se cubre y se deja en reposo para que así se formen lo cristales amarillos.

3. Al no obtener la disolución total del acido acético glacial se procedió a filtrar la solución. (solución 1) 4. Por otro lado se peso 4,0005 g de acetato de cobre (CH3COOCu) el cual se disolvió en 30,0 mL de H2O.(solución 2) 5. Se mezclo la solución 1 con la 2 y se tapo dejando en reposo para la formación de cristales azules. Preparación de solido ferricianuro de potasio:

cristalino

de

1. Se peso 4,5054 g de ferricianuro de potasio (K3Fe(CN)6) el cual se disolvió en 10,0 mL de agua caliente hasta disolución completa. 2. Se tapo y se dejo en reposo para la formación de los cristales rojos.

DATOS CÁLCULOS Y RESULTADOS Tabla1. PREPARACIÓN CRISTALES CROMATO TRIPOTÁSICO DE LITIO HEXAHIDRATADO reactivo

peso (g)

dicromato

3,80

carbonato de litio

0,5002

hidróxido de sodio

0,50 imagen

Preparación de solido cristalino de acetato de cobre y calcio hexahidratado: 1. Se peso 2,5006 g de oxido de calcio (CaO) el cual se disolvió en 20,0 mL de H2O caliente. 2. Posteriormente se adiciono 5,0 mL acido acético glacial (C2H4O2) con agitación constante hasta la obtención de una solución uniforme y clara.

Tabla 2. PREPARACIÓN DE CRISTALES DE ACETATO DE COBRE Y CALCIO HEXAHIDRATADO reactivo

peso (g)

volumen (mL)

acido acético glacial

------

5,0

oxido de calcio

2,5006

-----

acetato de cobre

4,0005

-----

imagen

ferricianuro

Formación de precipitado rojo, adquiriendo forma cristalina en poca cantidad, la solución es verdosa. SEGUNDA SEMANA

Tabla 3. PREPARACIÓN DE CRISTALES DE FERRICIANURO reactivo peso (g) imagen

ferricianuro

Se observa el mismo precipitado, partículas pequeñas con mayor masa que la anterior.

acetato de cobre y calcio hexahidratad o

la solución y el precipitado permanecen iguales

ferricianuro

Se ve la formación de cristales rojos muy pequeños en una solución naranja.

4,5054

TERCER SEMANA

Tabla 4. PROGRESO DE LA FORMACIÓN DE CRISTALES cristal

cromato tripotásico de litio hexahidratad o

observaciones

cromato tripotásico de litio hexahidratad o

El precipitado aumenta y la solución se vuelve un poco más translucida.

acetato de cobre y calcio hexahidratad o

El precipitado en el fondo ha aumentado y la solución se torna un poco traslucida.

ferricianuro

Los cristales aumentan su tamaño.

imagen

PRIMER SEMANA Formación de precipitado cromato blanco-amarillo tripotásico de en poca cantidad, litio la solución esta hexahidratad amarilla fuerte y o con bastante volumen. Formación de precipitado azul acetato de oscuro que cobre y calcio recubre el fondo hexahidratad del vaso, se ve la o presencia de bastante solución.

CUARTA SEMANA cromato tripotásico de litio hexahidratad o

la solución y el precipitado permanecen iguales

El precipitado empieza a acetato de adquirir una cobre y calcio estructura más hexahidratad grande, la o solución permanece igual.

ferricianuro

Se observa la disminución de la solución y el crecimiento de cristales con mayor cantidad. QUINTA SEMANA

no hubo reporte de observaciones SEXTA SEMANA La solución se evaporo un poco con cromato calentamiento tripotásico de leve para litio concentrar y hexahidratad ayudar a la o formación de partículas más grandes del precipitado.

acetato de cobre y calcio hexahidratad o

ferricianuro

Se observa mas precipitado en el fondo, sin embargo el crecimiento no avanza.

Los cristales han crecido notoriamente.

SÉPTIMA SEMANA

cromato tripotásico de litio hexahidratad o

Se nota la formación de solido cristalino muy pequeño.

La solución se sometió a calentamiento leve para evaporar el acetato de sobrenadante y cobre y calcio concentrar la hexahidratad solución, se o realiza la siembra de un cristal pequeño suspendiéndolo en la solución.

ferricianuro

No hay evidencia de líquido y los cristales adquieren mejor su forma. OCTAVA SEMANA

Se evidencia cromato solución, sin tripotásico de embargo ya se ve litio claramente solido hexahidratad cristalino, aunque o muy pequeño. Se ve la formación acetato de del solido cobre y calcio cristalino en el hexahidratad fondo en pequeño o tamaño.

ferricianuro

Los cristales se han formado satisfactoriament e.

--------------------

ANÁLISIS DE RESULTADOS Los sólidos son moléculas o átomos e incluso iones que componen cierta sustancia especifica, estos están unidos entre si por fuerzas relativamente intensas, formando un todo compacto. Estos se clasifican como sólidos cristalinos o amorfos. Los sólidos cristalinos son sólidos verdaderos, las partículas existen en un patrón regular, tridimensional que generalmente es muy refractiva, en donde la mayor proximidad entre sus partículas constituyentes es una característica que permite que entren en juego las fuerzas de enlace que ordenan el conjunto, dando lugar a una red cristalina. En ella las partículas

Habitualmente los sólidos asumen la estructura energética más favorable la cual se encuentra en el arreglo más propicio en términos de energía el cual utiliza el menor espacio posible. Por ello en la experimentación realizada el medio de formación de las soluciones para posteriormente formar los sólidos cristalinos es un medio caliente, formando así un poliformismo o una estructura policristalina. Ahora bien, los cristales formados evidencian su enlace iónico ya que en sus estructuras poseen metales (alcalinos, alcalinotérreos y de transición) los cuales tienden a formar compuestos cargados como catiónicos, estos iones se empaquetan dando lugar a motivos que se repiten desde cada 5 Angstrom hasta las centenas de Angstrom (1 Angstrom = 108 cm), y a esa repetitividad, en tres

ocupan posiciones definidas y sus movimientos se limitan a vibraciones en torno a los vértices de la red en donde se hallan situadas. Por esta razón las sustancias sólidas poseen forma y volumen propios. Un sistema cristalino es la unida de volumen más pequeña de un cristal que reproduce por repetición la red cristalina, se llama celdilla unidad. Se puede demostrar que para que una celdilla unidad por repetición pueda reproducir la red cristalina, de pertenecer a un de los siete sistemas cristalinos de la tabla que mostramos.2 Dimensiones de las celdillas unidad para los siete sistemas cristalino

dimensiones, es la cual se llama estructura cristalina.3 En el empaquetamiento los cristales aparentemente tienden a formar la estructura más densa, la cual es favorecida termodinámicamente a temperaturas bajas, es por eso que los cristales desafían la segunda ley de la termodinámica la cual afirma que la entropía, o sea, el desorden, de un sistema aislado nunca puede decrecer. Cada una de las soluciones trabajadas en la práctica tuvo un átomo central el cual determina la geometría de la molécula, así, para los cristales de cromato tripotásico de litio hexahidratado el ion central fue el litio, un metal alcalino que suele presentar su forma catiónica como Li+, para acetato de cobre y calcio hexahidratado el átomo central fue el cobre Cu2+, siendo este un metal de transición, y finalmente el átomo

central del cristal de ferricianuro fue el Fe, los cuales determinaron la estructura de los cristales que se obtuvieron, hexagonal, tetragonal, y monoclínico.

Li2CO3  Li2O + CO2  Al adicionar NaOH Cr2O7 + 2 OH-  2 Cr2O4- + H2O Finalmente Li + 2 Cr2O4-2 +3 Na+  LiNa3(Cr2O4)2 Por lo cual se afirma que este método de formación de cristales es el más lento. En el análisis de la formación de cristales de acetato de cobre y calcio hexahidratado se tuvo en cuenta las diversas formas en que se pueden empaquetar estos. Siendo el numeró de coordinación relativamente alto para los elementos de transición (+2), estos cristales poseen una estructura de empaquetamiento compacta, sin embargo no tanto como la hexagonal, ya que de esta manera, las esferas están semi juntas dándole una forma tetragonal. La reacción que se lleva a cabo para la formación del sólido cristalino e sal siguiente: CaO + 2 CH3COOH Ca(CH3COO)2+H2O Cu(CH3COO)2  Cu2+ + 2 CH3COOFinalmente

Imagen 1. Obtenida http://www.hiru.com/es/geologia/geologia_00300.html

de:

Para el análisis de los cristales de cromato tripotásico de litio hexahidratado se observo que la forma de empaquetamiento de este es mucho más compleja que los otros por lo cual se obtuvo unos cristales de muy poco tamaño donde no se favoreció el crecimiento de estos, la reacción por medio de la cual se realiza la formación de los sólidos es la siguiente: Na2Cr2O7  2 Na+ + Cr2O7

Ca2+ + Cu2+ + 4 CH3COO-  CaCu(CH3COO-)4.6H2O Según lo experimentado se puede afirmar que este tipo de cristales necesitan un medio concentrado de solución y además la siembra de la semilla del cristal, para favorecer la reacción. Este tipo de cristal es el segundo más lento en formación. En el último análisis se conoció la formación de los cristales de ferricianuro, llevado a cabo por la siguiente reacción:

3K+ + Fe+3 + 6 CN-  K3Fe(CN-)6 Entre los métodos de crecimiento utilizados en esta práctica los cristales de ferricianuro de potasio fueron los de mayor rendimiento dado el tamaño de los cristales y a su crecimiento relativamente rápido comparado con los otros dos tipos de cristales, este tipo de cristal presento una estructura en capas bien definidas, monoclínica. Generalmente se ha representado las partículas de un cristal como esferas sólidas, por lo tanto un cristal es la repetición de una unidad básica llamada celda de unidad sin embargo varios estudios han demostrado una variación considerable de la forma global de los cristales de una sustancia determinada (si los cristales son de forma poliforma es decir si la obtención de estos cristales se realizo en un medio caliente), aunque un cristal se desvié mucho de la forma ideal como puede ser un cubo o un prisma regular los ángulos entre las caras permanecerán constantes, es decir cuando se habla de poliformismo en los cristales se dice que estos presentan estructuras con defectos debido a que todo sólido contiene daños o imperfecciones en su estructura y composición . Resaltando esto cabe mencionar que para los cristales obtenidos, los de ferricianuro presentaron este tipo de anomalías ya que aunque sus estructuras fueron bien formadas muchos de ellos se unieron generando una deformación e dicha estructura, esto producto de una posible incorporación de impurezas, como átomo o iones diferentes a las del cristal madre.

CONCLUSIONES 

La formación y el crecimiento de los cristales están condicionados por el procedimiento efectuado. Factores

 







propios de la solución como lo es la temperatura en la reacción de la solución de partida, los reactivos empleados (adecuados para favorecer la formación de la semilla). Los cristales son sólidos verdaderos con estructuras bien definidas y repetitivas. El proceso de cristalización describe la separación de un exceso de la sustancia sólida a partir de una solución sobresaturada. Los cristales desafían la segunda ley de la termodinámica en cuanto a que el empaquetamiento forma la estructura más densa, la cual es favorecida termodinámicamente a temperaturas bajas. En los cristales las partículas ocupan posiciones definidas y sus movimientos se limitan a vibraciones en torno a los vértices de la red en donde se hallan situadas. Los metales de transición tiene una tendencia particular a formar iones complejos, que se combinan con otros iones o iones complejos para formar compuestos de coordinación, debido a que estos elementos presentan diversos estados de oxidación y orbitales d vacios. PREGUNTAS

1. ¿Cuál es la finalidad de adicionar NaOH en el procedimiento que se enuncia en A? La adición de NaOH se realiza con el fin de aumentar el pH de la solución, a un pH mayor de 6, para que el ion dicromato (Cr2O7), pase a ser ion cromato (CrO4). Esta adición se realiza para que todo el ion dicromato se transforme en ion cromato, que es el necesario para que se dé la formación del complejo cristalino.

2. Como será la estructura cristalina del acetato de cobre y del calcio hexahidratado?

real (Irreversible) el grado de desorden en el sistema aumenta aun cuando no cambia la energía total del sistema.

Seria TETRAGONAL. Los cristales de un sistema tetragonal, tienen un único eje de simetría cuaternario, estos cristales se refieren a tres ejes perpendiculares entre sí, siendo de igual longitud los dos horizontales, pero el eje vertical es de longitud diferente de los otros dos.

Aparentemente los cristales desafían esta ley, ya que se forman a partir de disoluciones, fundidos y vapores; los átomos en estos estados desordenados tienen una disposición al azar, pero al cambiar la temperatura, presión y concentración pueden agruparse en una disposición ordenada característica del estado cristalino. Esto es debido a que en el proceso de cristalización los núcleos sufren una disminución significativa de la entropía, mientras en sus alrededores ocurre un aumento de entropía, llevando así a un equilibrio entrópico que favorece o promueve la formación de los cristales, a costa del desorden de los alrededores. De esta manera se explica por qué aparentemente los cristales desafían la segunda ley de la termodinámica.

3. proponga cual sería la estructura del cristal de ferrocianuro de potasio La estructura del cristal de ferrocianuro de potasio es MONOCLINICA. Los cristales del sistema monoclínico se caracterizan por poseer un eje binario y un plano de simetría, o la combinación de un eje binario y un plano. Los cristales se refieren a tres ejes desiguales, dos de los cuales se cortan según un ángulo oblicuo y el tercero es perpendicular al plano de los otros dos. 4. ¿Por qué se utilizo un medio caliente en la preparación de todos los cristales y porque aparentemente los cristales desafían la segunda ley de la termodinámica? Se utilizo un medio caliente en la preparación de todos los cristales, porque las sustancias se disuelven con gran facilidad en este medio, debido a la acción que ejerce la temperatura sobre la sobresaturación, haciéndola descender mientras aumenta la temperatura y así no se tienen precipitaciones indeseadas es decir así se favorece el crecimiento de partícula pues reduce en parte la sobresaturación, la cual favorece la nucleación. La segunda ley de la termodinámica “la entropía del universo aumenta en un proceso espontáneo y se mantiene constante en un proceso que se encuentra en equilibrio”, es decir, cuando hay un proceso

BIBLIOGRAFÍA Citas especificas: 1. http://es.wikipedia.org/wiki/Energía _reticular 2. http://www.monografias.com/trabaj os28/liquido-solido/liquidosolido.shtml#solido 3. http://www.xtal.iqfr.csic.es/Cristalog rafia/parte_01.html Referencias generales:    

http://es.wikipedia.org/wiki/Sólido_ amorfo http://dta.utalca.cl/quimica/profesor /urzua/cap5/e_materia/estados.htm http://www.utp.edu.co/~publio17/t emas_pdf/estructura_sol.pdf http://www.fisicarecreativa.com/inf ormes/infor_termo/exp_debye.pdf