Estructura de fluorita

La estructura de fluorita se refiere a un motivo común para los compuestos con la fórmula MX ₂ . ^{[1] [2]} Los iones X ocupan los ocho sitios intersticiales tetraédricos , mientras que los iones M ocupan los sitios regulares de una estructura cúbica centrada en las caras (FCC). Muchos compuestos, en particular el mineral común fluorita (CaF ₂ ), adoptan esta estructura.

Muchos compuestos con fórmula M ₂ X tienen una estructura antifluorita . En estos, las ubicaciones de los aniones y cationes están invertidas con respecto a la fluorita (una antiestructura ); los aniones ocupan los sitios regulares FCC mientras que los cationes ocupan los sitios intersticiales tetraédricos. Por ejemplo, el siliciuro de magnesio , Mg ₂ Si, tiene un parámetro reticular de 6,338 Å con cationes de magnesio ocupando los sitios intersticiales tetraédricos, en el que cada anión de siliciuro está rodeado por ocho cationes de magnesio y cada catión de magnesio está rodeado por cuatro aniones de siliciuro de manera tetraédrica. ^[3]

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  La estructura de fluorita del fluoruro de calcio CaF ₂ . ^[3]
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  Estructura antifluorita del siliciuro de magnesio Mg2Si _. [ ^3]

La cristalografía es una herramienta poderosa para investigar las estructuras de los materiales cristalinos. Es importante comprender la estructura cristalina de los materiales para formar relaciones entre estructura y propiedad. Estas relaciones pueden ayudar a predecir el comportamiento de los materiales cristalinos, así como introducir la capacidad de ajustar sus propiedades. El fluoruro de calcio es un ejemplo clásico de un cristal con una estructura de fluorita. La información cristalográfica se puede recopilar mediante difracción de rayos X, lo que proporciona información sobre las ubicaciones de la densidad de electrones dentro de una estructura cristalina. Utilizando software moderno como Olex2, ^[4] se puede resolver una estructura cristalina a partir de archivos de salida cristalográficos.

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  Estructura cristalina extendida del fluoruro de calcio que muestra un cristal octaédrico.

En el fluoruro de calcio, los cationes de calcio están rodeados por aniones de flúor que ocupan los sitios tetraédricos, con un número de coordinación de flúor a calcio de 8:4. Esta relación es consistente con la estequiometría del compuesto, donde la relación de flúor a calcio es de 2:1. Esta relación se puede visualizar como una matriz cúbica de aniones que rodean a los cationes de calcio.

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  Visualización de fluoruro de calcio compartiendo esquinas cúbicas. Calcio en azul, flúor en verde.
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  Esquina cúbica compartida visualizada a lo largo de un eje separado.

Más allá de la celda de hasta, la estructura cristalina extendida de fluorita continúa empaquetándose en una estructura de empaquetamiento cúbico centrado en las caras (fcc) (también conocido como empaquetamiento cúbico compacto o ccp). ^[5] Este patrón de empaquetamiento esférico sigue un patrón ABC, donde cada capa sucesiva de esferas se asienta sobre el agujero adyacente de la red. En contraste, el empaquetamiento compacto hexagonal (hcp), se estratifica sucesivamente con un patrón ABAB. Estos dos tipos de empaquetamiento son las formas más compactas de empaquetamiento esférico. ^[6]

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  Estructura de apilamiento de cristales extendida de fluoruro de calcio; celda unitaria expandida en una unidad de 3.
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  Vista de la estructura de empaquetamiento extendida del fluoruro de calcio a lo largo de un eje separado; celda unitaria expandida.

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