Resumen del examen
Estudiante: Onofre Carvajal | Asignatura: Compuestos Inorgánicos de Estructura Compleja | Idioma: ES
Pregunta 1
Estructura y enlace de los silicatos
Respuesta del estudiante
Los silicatos se caracterizan por la unidad estructural fundamental [SiO₄]⁴⁻, el tetraedro silicato. Este tetraedro posee un átomo de silicio central coordinado a cuatro átomos de oxígeno en una geometría tetraédrica. El enlace Si-O es predominantemente covalente, aunque con un carácter iónico significativo debido a la electronegatividad del oxígeno. La polimerización de estos tetraedros, mediante la compartición de átomos de oxígeno, da lugar a una gran variedad de estructuras.
La clasificación de los silicatos se basa en el grado de polimerización y la forma en que los tetraedros se enlazan:
* Nesosilicatos: Tetraedros aislados [SiO₄]⁴⁻ unidos por cationes. Ejemplo: olivino (Mg,Fe)₂SiO₄.
* Sorosilicatos: Pares de tetraedros unidos por un oxígeno compartido [Si₂O₇]⁶⁻. Ejemplo: epidota Ca₂(Al,Fe)₃(SiO₄)₃(OH).
* Ciclosilicatos: Tetraedros unidos formando anillos [SiₙO₃ₙ]²⁻. Ejemplo: berilo Be₃Al₂Si₆O₁₈.
* Inosilicatos: Cadenas simples [SiₙO₃ₙ]²⁻ o dobles [Si₄ₙO₁₁ₙ]⁴⁻ de tetraedros. Ejemplos: piroxenos (cadena simple) y anfíboles (cadena doble).
* Filosilicatos: Hojas u capas [Si₂ₙO₅ₙ]²⁻ de tetraedros unidos. Ejemplo: micas y arcillas.
* Tectosilicatos: Estructura tridimensional en la que cada tetraedro comparte los cuatro átomos de oxígeno con tetraedros adyacentes [SiO₂]ₙ. Ejemplo: cuarzo y feldespatos.
La estructura y el tipo de enlace determinan las propiedades físicas y químicas de los silicatos, como su dureza, punto de fusión, estabilidad química y propiedades ópticas.
Pregunta 2
¿Qué es un borano? Clasificación de los boranos
Respuesta del estudiante
Los boranos son compuestos de boro e hidrógeno, caracterizados por enlaces que no pueden representarse mediante una estructura de Lewis clásica, presentando un déficit de electrones.
Clasificación de los boranos:
* Boranos simples: BnHn+2, donde n = 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12. Ejemplos: B4H10, B5H11, B6H12, B10H18.
* Icosahedral boranos: Tienen una estructura icosaédrica cerrada, siendo B12H24 el más representativo.
* Nido boranos: Derivados de los icosahedrales por eliminación de un vértice, resultando en una estructura "nido". Su fórmula general es BnHn+2-x, donde x representa el número de átomos de hidrógeno eliminados.
* Closo boranos: Derivados de los icosahedrales por eliminación de dos vértices, formando estructuras "closo". Fórmula general: BnHn+2-2x.
* Hypho boranos: Derivados de los icosahedrales por eliminación de tres vértices.
* Boranos fusionados: Formados por la unión de dos o más unidades icosahedrales.
* Carboranos: Boranos en los que algunos átomos de boro han sido reemplazados por átomos de carbono.
Pregunta 3
Indique con ejemplos la utilización de heterociclos inorgánicos en la síntesis de los correspondientes polímeros
Respuesta del estudiante
Los heterociclos inorgánicos, debido a su reactividad y capacidad de formar enlaces con otros átomos, actúan como bloques de construcción en la síntesis de polímeros inorgánicos.
Ejemplo 1: Los siloxanos, polímeros basados en Si-O-Si, pueden sintetizarse a partir de heterociclos de silicio como los silaciclos. La polimerización por apertura de anillo de octametilciclosiloxano (D8) o hexametilciclosiloxano (D6) genera polisiloxanos lineales o ramificados, respectivamente.
Ejemplo 2: Los polifosfacenos, polímeros con enlace P-N, pueden obtenerse a partir de la polimerización de heterociclos de fósforo como los fosfaciclos. La polimerización de difosfaciclo, por ejemplo, produce un polímero con estructura repetitiva P=N-C6H4-N=P.
Ejemplo 3: Los politiazilos se sintetizan a partir de la polimerización de heterociclos de azufre y nitrógeno. La polimerización inducida térmicamente o fotoquímicamente de 2,5-dimetil-1,4-diazaciclohexano-3,6-ditiona genera politiazilos con una cadena principal de N-S-N-S.
Ejemplo 4: Los poliboranos, aunque menos comunes, pueden obtenerse a partir de la polimerización de boraciclos, permitiendo la formación de cadenas de boro.
Pregunta 4
Defectos cristalinos
Respuesta del estudiante
Los defectos cristalinos son imperfecciones en el ordenamiento periódico de los átomos en un cristal. Se clasifican en:
* **Defectos puntuales:** Involucran uno o pocos átomos. Incluyen:
* Vacancias: Ausencia de un átomo en su posición de red.
* Defectos de Frenkel: Un átomo se desplaza de su posición de red a una posición intersticial.
* Defectos de Schottky: Pares de vacancias de cationes y aniones para mantener la neutralidad de carga.
* Impurezas sustitucionales: Un átomo de un elemento diferente ocupa la posición de un átomo del cristal.
* Impurezas intersticiales: Un átomo de un elemento diferente se encuentra en un espacio entre los átomos del cristal.
* **Defectos lineales (Dislocaciones):** Imperfecciones unidimensionales.
* Dislocación en cuña: Desplazamiento parcial de un plano de átomos.
* Dislocación en hélice: Deformación reticular causada por un desplazamiento en cuña repetido.
* **Defectos superficiales:** Imperfecciones bidimensionales.
* Límite de grano: Interfaz entre dos cristales con diferentes orientaciones.
* Superficie: La terminación del cristal en el vacío.
* Geminado: Unión de dos cristales en un plano común.
* **Defectos volumétricos:** Imperfecciones tridimensionales.
* Porosidad: Vacíos en el interior del material.
* Inclusiones: Presencia de una fase diferente dentro del material.
* Grietas: Fisuras en el material.
Pregunta 5
Justifique razonadamente la polimerización de vanadatos, VO43- en función de la concentración y el pH
Respuesta del estudiante
La polimerización de los vanadatos, VO₄³⁻, está fuertemente influenciada por la concentración y el pH debido a su capacidad para formar enlaces covalentes y coordinados, así como a la protonación/desprotonación del ion vanadato.
A bajo pH (ácido), el VO₄³⁻ se protona progresivamente formando especies como HVO₄²⁻, H₂VO₃⁻ y finalmente H₃VO₃. Estas especies protonadas tienen una menor carga negativa y, por lo tanto, una menor repulsión electrostática, favoreciendo la condensación por deshidratación y la formación de polímeros de estructura variada, como cadenas o redes tridimensionales.
A alta concentración de vanadatos y pH moderado-alto (alcalino), la alta carga negativa del VO₄³⁻ promueve la formación de enlaces coordinados con otros iones metálicos presentes en la solución, o entre los propios vanadatos, generando estructuras poliméricas extendidas. La concentración elevada incrementa la probabilidad de colisiones efectivas para la formación de estos enlaces. A pH alto, se favorecen estructuras más condensadas debido a la menor tendencia a la protonación.
El tipo de polímero formado depende de las condiciones específicas (pH, concentración, presencia de otros cationes) y puede variar desde cadenas lineales hasta estructuras laminares o tridimensionales complejas, incluyendo polivanadatos. La polimerización es un proceso impulsado por la minimización de la energía del sistema mediante la formación de enlaces y la reducción de la repulsión electrostática.