Simulab
← Herramientas
Química · Estado sólido

Estructuras cristalinas

Gira las celdas unidad de los sólidos más comunes, cuenta los átomos que caben en cada una y mira cuántos vecinos tiene cada átomo.

Cúbica centrada en las caras

FCC
ÁtomoArrastra para girarla

Red

Vista

Átomos por celda4
Coordinación12
Empaquetamiento74 %
Relación a–ra = 2√2·r

Ejemplo: Cobre

Recuento
8 × 1/8 + 6 caras × 1/2 = 4
Parámetro
a = 361.5 pm
Densidad
ρ = n·M / (NA·V) = 8.93 g/cm³ (medida: 8.96)

Los átomos se tocan a lo largo de la diagonal de cada cara: 4r = a·√2. Es el empaquetamiento más compacto posible (74 %), igual que el hexagonal compacto. Cobre, aluminio, oro, plata.

Qué es y cómo se usa

En un sólido cristalino los átomos se ordenan repitiendo una y otra vez un mismo bloque, la celda unidad. Las más comunes en los metales son la cúbica centrada en el cuerpo (BCC), la cúbica centrada en las caras (FCC) y la hexagonal compacta (HC); en los compuestos iónicos aparecen redes como la del NaCl o la del CsCl.

Para contar los átomos que pertenecen a una celda hay que repartir los compartidos: un átomo en un vértice está en 8 celdas y cuenta 1/8; uno en una cara cuenta 1/2 y uno en el centro, 1 entero. El número de coordinación es cuántos vecinos tiene cada átomo a la mínima distancia, y el factor de empaquetamiento, la fracción del volumen que ocupan las esferas.

Elige una red y gírala. «2 × 2 × 2» muestra cómo se repite y «Vecinos» marca un átomo con todos sus vecinos más cercanos. Con los datos del ejemplo (parámetro de red y masa molar) se calcula la densidad del cristal.

Ejemplo resuelto

El cobre cristaliza en FCC con a = 361,5 pm. Calcula su densidad (M = 63,55 g/mol).

  1. Átomos por celda en FCC: 8 · 1/8 + 6 · 1/2 = 4.
  2. Volumen de la celda: a³ = (361,5 · 10⁻¹⁰ cm)³ ≈ 4,724 · 10⁻²³ cm³.
  3. Masa de la celda: 4 · 63,55 / 6,022 · 10²³ ≈ 4,221 · 10⁻²² g.
  4. ρ = masa / volumen ≈ 4,221 · 10⁻²² / 4,724 · 10⁻²³ ≈ 8,93 g/cm³.

ρ ≈ 8,93 g/cm³ (el valor medido es 8,96)

Preguntas frecuentes

¿Cuál es el empaquetamiento más compacto?

La FCC y la hexagonal compacta, las dos con un 74 % del volumen ocupado y coordinación 12. Son dos formas de apilar capas de esferas: ABCABC en la FCC y ABAB en la HC.

¿Cómo se relaciona el radio atómico con la arista?

Depende de por dónde se tocan los átomos. En la cúbica simple, por la arista: a = 2r. En la BCC, por la diagonal del cubo: a·√3 = 4r. En la FCC, por la diagonal de una cara: a·√2 = 4r.

¿El CsCl es una red BCC?

No. Aunque tiene un ion en el centro y otros en los vértices, son iones distintos (Cs⁺ y Cl⁻), así que la celda es cúbica simple con dos iones. Una red BCC necesita el mismo átomo en el centro y en los vértices.

¿Por qué el diamante es tan duro si deja tanto hueco?

Porque cada carbono está unido a otros 4 por enlaces covalentes muy fuertes que forman una red en tres dimensiones. Su factor de empaquetamiento es solo del 34 %, pero romperlo exige romper enlaces covalentes.