Cristaloquímica

La cristalinoquímica (del griego κρύσταλλος, 'hielo' y χημεία, 'química') es el estudio de las relaciones entre la composición química de los materiales cristalinos y sus estructuras, así como sus efectos sobre las propiedades físicas. Incluye el estudio de los enlaces químicos, la morfología y la formación de estructuras cristalinas, de acuerdo con las características de los átomos, iones o moléculas, así como su tipo de enlace. De hecho es una disciplina que es el vínculo entre la cristalografía, la química del estado sólido y la física de la materia condensada. Una rama vecina de la cristaloquímica es la química de los complejos.

Historia

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La cristaloquímica se desarrolló a partir de la mineralogía[1]​ y más adelante de la cristalografía.[2]​ En el siglo XIX, su desarrollo fue continuado por la invención del "goniómetro de reflexión" (William Hyde Wollaston, 1809), por el descubrimiento del isomorfismo y del polimorfismo (Eilhard Mitscherlich, 1819), así como de la quiralidad (Louis Pasteur, 1848).

A principios del siglo XX, los primeros experimentos de difracción de rayos X (Walter Friedrich, Paul Knipping y Max von Laue, 1912) fueron un paso importante en el análisis sistemático de las estructuras cristalinas. Desde 1923 hasta 1926, Victor Goldschmidt, considerado uno de los fundadores de la cristaloquímica y de la geoquímica, estableció sus principios estructurales para compuestos simples. La regla principal de estos principios es la siguiente: «La estructura cristalina de un material está causada por el tamaño y las propiedades de polarización de sus componentes; estos componentes son átomos (o iones) y grupos de átomos».[3]​

Bases de la cristaloquímica

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Victor Goldschmidt y Fritz Laves sentaron los postulados de relleno de reemplazo del espacio para una estructura cristalina estable de energía reticular mínima (los átomos o iones se consideran geométricamente para estos postulados como bolas duras):

  • principio espacial: los átomos o iones se apilan de la manera más compacta posible;
  • principio de simetría: el cristal posee la más alta simetría posible;
  • principio de interacción: cada átomo o ion está rodeado por el mayor número de vecinos como sea posible.

Además, el radio atómico o iónico (que puede variar según el tipo de enlace) influye en la estructura. Por ejemplo, en algunos compuestos como el olivino (Mg,Fe)
2[SiO
4], la estructura cristalina se puede describir como un apilamiento compacto hexagonal de átomos de oxígeno, los otros átomos más pequeños ocupan los sitios octaédricos (átomos de magnesio y de hierro) y los sitios tetraédricos (átomos de silicio).

La naturaleza de los enlaces químicos en un cristal puede ser homodesmática (un tipo predominante de enlace) o heterodesmática (grupos de átomos o complejos estables y aislados, incluidos en una estructura más grande). La pirita FeS
2 es un ejemplo de un compuesto heterodesmático (enlace covalente entre los átomos de azufre, enlace iónico entre el azufre y el hierro).

Las reglas de Pauling se aplican a los cristales iónicos, en los que predominan los enlaces iónicos.

Métodos experimentales

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Los métodos experimentales más importantes en la cristaloquímica son la radiocristalografía (difracción de rayos X, difracción de neutrones, etc.), así como los métodos de la química analítica (como la espectroscopia) y de la química física (determinación de diagramas de fase y [[transición de fase[transiciones de fase]]).

Clasificación de estructuras cristalinas

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La cristalinoquímica agrupa los compuestos mineralógicos en tipos estructurales, que se dividen de acuerdo con su estequiometría y el orden de su descubrimiento. Esta clasificación se basa en la del Strukturbericht desarrollada por Carl Hermann y Paul Peter Ewald. El orden de los descubrimientos está numerado (1, 2, ...) y la estequiometría se nota mediante una letra:

  • A: elementos (por ejemplo, Au);
  • B: compuestos de fórmula AB (NaCl; CsCl; ZnS, wurtzite y blenda);
  • C: compuestos de fórmula AB
    2     (FeS
    2    );
  • D: compuestos de fórmula A
    n    B
    m     (Al
    2    O
    3    );
  • E: más de dos elementos sin formación de complejo (CaTiO
    3    );
  • F: con un complejo que contiene 2 o 3 átomos (NaNO
    2    );
  • G: con un complejo que contiene 4 átomos (Na
    2    CO
    3    );
  • H: on un complejo que contiene 5 átomos (Na
    2    SO
    4    );
  • L: aleaciones (amalgamas);
  • M: cristales mixtos (NaCl/AgCl);
  • S: silicatos (Al
    2    SiO
    5    ).

Por ejemplo, C4 es el tipo estructural de rutilo (TiO
2) y E2 que el de ilmenita (FeTiO
3), que puede obtenerse a partir del tipo estructural de α-Al
2O
3, sustituyendo las capas de aluminio de forma alterna por capas de hierro y capas de titanio.[4]​

En el caso de los minerales, las clasificaciones utilizadas son la clasificación de Strunz y la clasificación de Dana.

Véase también

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Notas

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  1. ↑ Teofrasto, Des pierres
  2. ↑ (en latín) Niels Stensen, De solido intra solidum naturaliter contento dissertationis prodromus, 1669.
  3. ↑ (en alemán) Victor Goldschmidt, Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente, VII, p. 9.
  4. ↑ (en alemán) «Manuscript de cristallochimie». Universidad de Leipzig. Consultado el 23 de abril de 2011. 

Referencias

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