13.14: Celdas unitarias

Figura\(\PageIndex{1}\) (Crédito: Usuario:Thomasgl/De.Wikipedia; Fuente: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tyrosin.png(opens en una ventana nueva); Licencia: Dominio público)

¿Cómo podemos medir el tamaño de los átomos?

Tenemos muchas tablas de datos disponibles para nosotros en química. Si quisiéramos saber el tamaño del átomo de litio, podemos buscarlo fácilmente y encontrar que este átomo tiene 134 picometros de ancho. Si eliminamos el electrón externo, el ión litio tiene ahora solo 90 picometros de tamaño. ¿Cómo sabemos esto? No tenemos una regla lo suficientemente pequeña como para medir estas diminutas distancias. Pero podemos usar una técnica llamada difracción de rayos X para hacer brillar haces de rayos X a través de un cristal de un compuesto de litio. Al medir cuánto se doblan los haces después de que llegan a través del cristal, podemos calcular el tamaño de la molécula. Esta técnica funciona tanto para materiales pequeños como compuestos de litio como igualmente bien para moléculas de proteínas muy grandes.

Celdas unitarias

Una celda unitaria es la porción más pequeña de una red cristalina que muestra el patrón tridimensional de todo el cristal. Un cristal puede considerarse como la misma celda unitaria repetida una y otra vez en tres dimensiones. La siguiente figura ilustra la relación de una celda unitaria con toda la red cristalina.

Figura\(\PageIndex{2}\): Una celda unitaria es la porción repetitiva más pequeña de una red cristalina. (Crédito: Christopher Auyeung; Fuente: Fundación CK-12; Licencia: CC BY-NC 3.0 (opens in new window))

Las células unitarias ocurren en muchas variedades diferentes. Como ejemplo, el sistema de cristal cúbico está compuesto por tres tipos diferentes de celdas unitarias: (1) cúbico simple, (2) cúbico centrado en la cara y (3) cúbico centrado en el cuerpo. Éstas se muestran de tres formas diferentes en la siguiente figura.

Figura\(\PageIndex{3}\): Tres celdas unitarias del sistema de cristales cúbicos. Cada esfera representa un átomo o un ion. En el sistema cúbico simple, los átomos o iones están solo en las esquinas de la celda unitaria. En la celda unitaria centrada en la cara, también hay átomos o iones en el centro de cada una de las seis caras de la celda unitaria. En la celda unitaria centrada en el cuerpo, hay un átomo o ion en el centro de la celda unitaria, además de los átomos o iones de esquina. (Crédito: Christopher Auyeung; Fuente: Fundación CK-12; Licencia: CC BY-NC 3.0 (opens in new window))

Preste especial atención al último diagrama para cada tipo de celda. Notarás que los átomos o iones en los bordes de cada cara, o en las esquinas, no son esferas completas. En la celda cúbica simple, cada átomo de esquina es compartido por 8 celdas unitarias diferentes. La misma situación existe para las partículas de borde o esquina en las formas cúbicas centradas en la cara y centrada en el cuerpo. Además, cada partícula en el centro de la celda cúbica centrada en la cara es compartida por 2 celdas unitarias. Las células centradas en el cuerpo tienen un átomo adicional en el medio de la célula que está contenido completamente en esa célula.

Tenga en cuenta que solo hemos considerado las celdas unitarias de un cristal cúbico. Otras formas cristalinas también tienen celdas unitarias. Estas celdas unitarias son:

• Romboédrico, hexagonal, triclínico - una forma única cada uno.
• Tetragonal - simple y centrado en el cuerpo.
• Monoclínico - simple y centrado en la base.
• Ortorrómbico: simple, centrado en la cara, centrado en el cuerpo y centrado en la base.

Resumen

• Una celda unitaria es la porción más pequeña de una red cristalina que muestra el patrón tridimensional de todo el cristal.
• Hay tres tipos diferentes de celdas unitarias en el sistema de cristal cúbico.

Revisar

1. ¿Qué es una celda unitaria?
2. Enumere las tres celdas unitarias cúbicas.
3. ¿Existe cada celda unitaria como una entidad por sí misma?