Resumen del examen
Estudiante: Petronila Jiménez | Asignatura: Compuestos Inorgánicos de Estructura Compleja | Idioma: ES
Pregunta 1
Estructura y enlace de los silicatos
Respuesta del estudiante
Los silicatos son compuestos inorgánicos que contienen silicio y oxígeno como unidades estructurales básicas, conocidas como tetraedros de silicio-oxígeno (SiO₄). Estos tetraedros pueden unirse entre sí mediante compartición de oxígenos, formando estructuras de diferentes niveles de complejidad:
- **Tetraedros aislados**: Cada tetraedro está conectado únicamente a otros tetraedros por un oxígeno compartido, como en el caso del metasilicato (SiO₃²⁻).
- **Cadenas lineales**: Los tetraedros se unen compartiendo dos oxígenos, formando cadenas como en los piroxenos (ejemplo: CaMgSi₂O₆).
- **Cadenas dobles**: Los tetraedros se unen compartiendo tres oxígenos, como en los amfíboles (ejemplo: Ca₂Mg₅Si₈O₂₂O₂(OH)₂).
- **Hojas**: Los tetraedros se unen compartiendo tres o cuatro oxígenos, formando láminas como en las micas (ejemplo: KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂).
- **Estructura tridimensional**: Los tetraedros se unen compartiendo todos sus oxígenos, formando una red continua como en el cuarzo (SiO₂).
El enlace entre los tetraedros es covalente, con una fuerte polarización de la carga negativa del oxígeno hacia el silicio, lo que confiere a los silicatos propiedades como alta dureza y punto de fusión. Además, la presencia de cationes metálicos (como Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺) en la estructura determina sus propiedades físicas y químicas.
Pregunta 2
¿Qué es un borano? Clasificación de los boranos
Respuesta del estudiante
Un borano es un compuesto químico que contiene boro y hidrógeno. Los boranos se clasifican en diboranos (B2H6), triboranos (B3H7), tetraboranos (B4H10), pentaboranos (B5H9) y hexaboranos (B6H10), según el número de átomos de boro que contienen. Además, existen boranos más complejos, como los clústers de boro, que tienen estructuras en forma de jaula o esféricas. Los boranos son compuestos reactivos y se utilizan en la síntesis de otros compuestos de boro, como los boranos de alquilo y arilo.
Pregunta 3
Indique con ejemplos la utilización de heterociclos inorgánicos en la síntesis de los correspondientes polímeros
Respuesta del estudiante
Los heterociclos inorgánicos se utilizan en la síntesis de polímeros mediante la incorporación de anillos heterocíclicos en la estructura polimérica. Por ejemplo, los polifosfacenos (como el polifosfaceno rojo) se obtienen a partir de la polimerización de fosfacenos, que contienen anillos de fosfano. Los politiazilos se sintetizan a partir de tiocianatos metálicos, que incluyen el anillo de tiocianato (SCN-). Los polifosfacenos tienen aplicaciones en la fabricación de materiales resistentes al calor y a la corrosión, mientras que los politiazilos se emplean en la síntesis de polímeros conductores.
Pregunta 4
Defectos cristalinos
Respuesta del estudiante
Los defectos cristalinos son imperfecciones en la estructura regular de un cristal, que alteran sus propiedades físicas y químicas. Se clasifican en dos categorías principales: defectos puntuales y defectos lineales.
Los defectos puntuales incluyen:
- Vacante: ausencia de un átomo en su posición normal.
- Sustitucional: un átomo ocupa la posición de otro elemento.
- Intersticial: un átomo se ubica en un espacio intersticial.
- Fósforo: un átomo se desplaza a una posición intersticial.
Los defectos lineales, también llamados dislocaciones, se dividen en:
- Dislocación de borde: un plano extra de átomos se inserta en la red cristalina.
- Dislocación de tornillo: la red se desplaza de manera helicoidal.
Además, existen defectos volumétricos, como inclusiones de un segundo material, y defectos superficiales, como límites de grano o fracturas. Los defectos influyen en propiedades como la conductividad eléctrica, la dureza y la reactividad.
Pregunta 5
Justifique razonadamente la polimerización de vanadatos, VO43- en función de la concentración y el pH
Respuesta del estudiante
La polimerización de vanadatos, específicamente del anión VO₄³⁻, está influenciada por la concentración y el pH del medio de reacción. A continuación, se presenta una justificación razonada basada en principios de química inorgánica y termodinámica:
1. **Efecto de la concentración:**
- A mayor concentración de VO₄³⁻, aumenta la probabilidad de colisiones entre iones, lo que favorece la formación de enlaces entre ellos. Esto se debe a la ley de acción de masas, que establece que la velocidad de reacción es proporcional a la concentración de los reactivos.
- Los vanadatos pueden formar cadenas o redes poliméricas mediante la compartición de oxígenos puente (ejemplo: VO₄³⁻ → [V₂O₇]⁴⁻). A concentraciones elevadas, la probabilidad de que dos iones VO₄³⁻ se encuentren y formen un enlace es mayor, acelerando la polimerización.
2. **Efecto del pH:**
- El pH controla la carga superficial de los iones y la solubilidad de los compuestos de vanadio. A pH bajos (ácidos), los iones VO₄³⁻ están predominantemente en su forma neutra (VO₄³⁻), lo que dificulta la formación de enlaces debido a la repulsión electrostática entre ellos.
- A pH altos (básicos), los iones VO₄³⁻ se hidratan y adquieren carga negativa (ejemplo: VO₄³⁻ + H₂O → [VO₄(OH)]⁻), lo que reduce la repulsión entre ellos y favorece la formación de enlaces mediante puentes de hidrógeno u oxígeno. Esto permite la formación de cadenas o redes poliméricas.
3. **Termodinámica:**
- La polimerización es un proceso espontáneo si se libera energía libre (ΔG < 0). A concentraciones elevadas, la entropía del sistema aumenta debido a la formación de múltiples enlaces, lo que contribuye a una ΔG negativa. Además, a pH básicos, la hidratación de los iones VO₄³⁻ libera energía, favoreciendo la polimerización.
4. **Ejemplo:**
- En soluciones acuosas de vanadatos a pH básicos, se forman polímeros lineales como [V₂O₇]⁴⁻, mientras que a pH ácidos predominan los iones VO₄³⁻ individuales. La concentración también influye: a concentraciones altas, se forman redes tridimensionales, mientras que a concentraciones bajas predominan cadenas cortas.
Conclusión:
La polimerización de VO₄³⁻ depende críticamente de la concentración y el pH. A concentraciones elevadas y pH básicos, se favorece la formación de enlaces mediante la reducción de repulsión electrostática y la liberación de energía libre. A pH ácidos o bajas concentraciones, la polimerización es menos probable debido a la repulsión entre iones y la falta de condiciones termodinámicas favorables.