Copia di Cristallochimica

CRISTALLOCHIMICA
La cristallochimica è la disciplina che studia
le correlazioni tra la struttura cristallina e la
composizione chimica dei minerali
L’atomo
H
orbitali
Livelli energetici
Lo ione
Lo ione è l’elemento chimico che tende a cedere
o ad acquisire elettroni.
Xatomo – e- = X+ catione
Xatomo + e- = X- anione
Questo diverso comportamento dipende dalla configurazione
elettronica esterna.
Valenza di ioni (o gruppi ionici) abbondanti nei minerali
Tipi di legame all’interno di strutture cristalline
Legame ionico:
Legame covalente:
Legame covalente nel diamante
Legame metallico:
Legame di van der Waals:
Polarizzazione di un atomo
Anello di 8 atomi di zolfo
Struttura della grafite, con legami covalenti
e di van der Waals.
Legame idrogeno:
Raggio atomico e raggio ionico
F = k.(q+)(q-)/d2
(F = forza attrattiva)
Legge di Coulomb
I raggi ionici degli elementi non sono costanti:
Polarizzazione indotta
Numero di coordinazione N.C.
Il Numero di Coordinazione N.C. di un atomo
(o ione) è il numero di ioni che l’elemento stesso
può coordinare intorno a se.
Cambiamento del raggio ionico in funzione della coordinazione
Tavola periodica degli elementi con i raggi ionici
Poliedri di coordinazione
Rapporti dei raggi ionici
RR = RA:RX
(A = Catione, X = Anione)
Poliedri di coordinazione
N.C. 2
N.C. 3
X = 0,225 ÷ 0,414
N.C. 4
X = 0,155 ÷ 0,225
X = 0,414 ÷ 0,732
N.C. 6
N.C. 8
X = 0,732 ÷ 1
Impaccamento compatto di sfere uguali
Impaccamento compatto di sfere uguali
III strato
II strato
Impaccamento esagonale compatto
ABAB…..
I strato
Impaccamento cubico compatto
ABCABCA…..
Impaccamento esagonale
Impaccamento cubico
Le regole di Pauling
1.
Regola della coordinazione: ogni catione è circondato da anioni che formano
un poliedro di coordinazione: la distanza anione-catione è uguale alla somma
dei due raggi; il numero di coordinazione N.C. è determinato dal rapporto
RC:RA.
2.
Regola della valenza elettrostatica: in una struttura ionica stabile, la forza
totale dei legami di valenza che raggiungono un anione da tutti i cationi
circostanti è uguale alla carica dell’anione.
3.
Regola della stabilità dei poliedri: l’esistenza di facce e spigoli comuni a due
poliedri anionici in una struttura coordinata ne riduce la stabilità.
4.
Regola della repulsione dei cationi: se un cristallo contiene cationi diversi,
quelli a basso N.C. tendono a non condividere elementi del poliedro con altri.
5.
Il principio della parsimonia: in una struttura cristallina il numero dei differenti
tipi di elementi chimici tende ad essere piccolo perché sono pochi i differenti
siti strutturali possibili.
1.
Regola della coordinazione: ogni catione è circondato da anioni che
formano un poliedro di coordinazione: la distanza anione-catione è uguale
alla somma dei due raggi; il numero di coordinazione N.C. è determinato
dal rapporto RC:RA.
2.
Regola della valenza elettrostatica: in una struttura ionica stabile, la forza
totale dei legami di valenza che raggiungono un anione da tutti i cationi
circostanti è uguale alla carica dell’anione.
Valenza elettrostatica
v.e. = z/n
(z = carica; n = N.C.)
Strutture isodesmiche
Strutture anisodesmiche
3. Regola della stabilità dei poliedri: l’esistenza di facce e spigoli comuni a
due poliedri anionici in una struttura coordinata ne riduce la stabilità.
5.
Il principio della parsimonia: in una struttura cristallina il numero dei
differenti tipi di elementi chimici tende ad essere piccolo perché sono
pochi i differenti siti strutturali possibili.
Struttura dell’anfibolo, proiettata lungo la direzione a.
Esempio di anfibolo: tremolite Ca2Mg5Si8O22(OH)2
Rappresentazione delle strutture cristalline
La struttura del Salgemma o Cloruro di Sodio (NaCl)
Proiezioni di strutture cristalline
Rappresentazioni tridimensionali di strutture
Struttura ad impaccamento cubico semplice
Salgemma NaCl: reticolo cubico a facce centrate
Struttura tipo CsCl: reticolo cubico primitivo
CaBr, CsI, (NH4)Cl, (NH4)Br
Blenda ZnS e Diamante C:
reticolo cubico a facce centrate
Calcopirite CuFeS2
Tetraedrite Cu12Sb4S13
Fluorite CaF2: reticolo cubico a facce centrate
Rutilo TiO2: impaccamento esagonale compatto
Struttura tipo ABO3
Perowskite CaTiO3:
impaccamento cubico compatto
Struttura tipo spinello AB2O4:
impaccamento cubico compatto
Spinello MgAl2O4
Ercinite FeAl2O4
Gahnite ZnAl2O4
Cromite Fe2+Cr2O4
Mg-Cromite MgCrO4
Magnetite Fe2+Fe3+2O4
Spinelli: diretti e inversi
Strutture dei
Silicati: [SiO4]4-