Estructura de los solidos ionicos
La mayoría de los compuestos inorgánicos son sólidos iónicos entre los que se incluyen sales, óxidos, hidróxidos y sulfuros. Se forman principalmente con los elementos de los extremos del Sistema Periódico, es decir haluros, óxidos y sulfuros de los elementos de los grupos 1, 2, 3 y elementos de transición. También con oxoaniones como sulfato, carbonato nitrato etc. La fuerza atractiva máxima se consigue cuando cada ion se rodea del máximo número posible de iones de carga contraria. Este número se denomina número de coordinación (NC). Cationes y aniones poseen el mismo NC cuando en la estequiometría de la sustancia hay el mismo número de ambos tipos de iones (NaCl). Factores que condicionan la estructura de un sólido iónico son: carga y radios o relación de radios de los iones 59
a) La carga de los iones determina la estequiometría del compuesto, que debe ser eléctricamente neutro. Las estequiometrías más frecuentes son MX (NaCl, CsCl, ZnS), MX2 (TiO2, CaF2 o fluorita), M2X (estructuras ‘anti’; Na2O, antifluorita).
b) La relación de radios hace que los iones, que suponemos de forma esférica, tiendan a ordenar se en un arreglo geométrico con las máximas atracciones y mínimas repulsiones. Se puede ilustrar con el siguiente esquema con un catión que tiende a rodearse de cuatro aniones como arreglo más favorable.
Las redes cristalinas de iones se denominan con el nombre de un compuesto o mineral tipo. Así
la coordinación cuatro se da para dos estructuras, blenda y wurtzita, ambas sulfuro de cinc.
Empaquetamiento compacto de esferas:
El empaquetamiento u ordenación más compacto utilizando esferas, que en este caso serán
iones, consiste en reunir tres esferas tangentes entre sí. Al repetir el proceso tenemos una capa
de esferas en la cual cada esfera está en contacto con otras seis vecinas (capa A). Esta
disposición es análoga a la que adoptan espontáneamente esferas de igual tamaño cuando se
agrupan sobre una superficie plana. Para formar la estructura tridimensional colocaremos
sucesivas capas sobre esta primera. Una segunda capa (B), se colocará sobre la primera de
manera que cada esfera de esta segunda capa se sitúe en las depresiones de la primera para
lograr empaquetamiento compacto máximo.
La tercera capa de esferas puede colocarse de dos maneras. en un caso las esferas de esta
tercera capa caen sobre las esferas de la primera, dando lugar al empaquetamiento hexagonal
compacto, con una sucesión de capas ABAB...
Hay otra posibilidad de colocación para la tercera capa de modo que no coincida con la primera y
llenando las depresiones de la segunda. Esta ordenación sería una repetición de estas tres
capas, ABCABC... El empaquetamiento se denomina, en este caso, cúbico compacto.
Frecuentemente se contemplan los sólidos iónicos como estructuras de esferas de
empaquetamiento compacto, situándose el ion más pequeño en los huecos de este
ordenamiento.
Estos huecos pueden ser octaédricos y tetraédricos. Los huecos octaédricos se sitúan entre dos
triángulos formados por esferas, opuestos y pertenecientes a capas adyacentes. Para N
átomos en el cristal hay N huecos octaédricos. Un hueco tetraédrico se forma cuando a un
triángulo de esferas se le coloca en el centro otra esfera de la capa contigua, formando un
tetraedro que puede apuntar hacia arriba o hacia abajo. En un cristal de N átomos hay 2N de
estos huecos.
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