Clases de Sólidos Cristalinos: Tipos, Enlaces y Propiedades

Clases de Sólidos Cristalinos

Los sólidos cristalinos se clasifican en cuatro clases de acuerdo al tipo de enlace y a la fuerza intermolecular:

• Sólidos metálicos
• Sólidos macromoleculares
• Sólidos iónicos
• Sólidos moleculares

Sólidos Metálicos

La fuerza que mantiene unidos a los átomos en este tipo de sólido es de naturaleza electrostática. La difracción de rayos X revela que los iones positivos (núcleos de los metales) están rodeados de un "mar de electrones" que se mueven alrededor de todos los núcleos positivos (Modelo del Mar de Electrones). Esta técnica ha mostrado cómo, a nivel submicroscópico, existe un arreglo ordenado, la red cristalina, que al repetirse forma un gran cristal. Hay 7 tipos de cristales, de los cuales 4 son comunes en los metales: 3 de forma cúbica (cúbico simple, cúbico centrado en el cuerpo y cúbico centrado en las caras) y uno hexagonal. Los sólidos metálicos son buenos conductores, no son solubles en solventes comunes, tienen puntos de fusión variados, son maleables y dúctiles.

Sólidos Iónicos

Los iones positivos y negativos están unidos por fuerzas electrostáticas muy fuertes, formando un arreglo tridimensional específico. Como las atracciones entre los iones son fuertes, sus puntos de fusión son altos. El ordenamiento de los iones depende de dos factores:

• El tamaño de los iones
• La proporción en que los iones se combinan

Ejemplo 1: Tamaño de los iones: En el KBr y el CsBr los iones se unen en una proporción 1:1, pero como los cationes tienen diferentes tamaños, sus estructuras cristalinas cambian.

Ejemplo 2: Proporción en que se combinan: En el CsCl los átomos se unen en una proporción 1:1. En el MgCl₂ se unen en una proporción 1:2, por lo que las estructuras cristalinas son diferentes.

Cada ion está rodeado por iones de cargas opuestas. El tamaño de los iones y las cargas afectan características como el punto de fusión. Cuando los iones son más pequeños, la atracción es más fuerte y los puntos de fusión son mayores. Si las cargas de un compuesto son mayores, las fuerzas de atracción aumentan y la temperatura de fusión será más alta. El K⁺ es más pequeño que el Cs⁺, por eso el KBr tiene mayor punto de fusión. El Mg²⁺ tiene mayor carga que el Cs⁺, por eso el MgCl₂ tiene un mayor punto de fusión.

Sólidos Macromoleculares

Los átomos están unidos por enlaces covalentes direccionales. La unión es direccional, a diferencia de los metálicos, donde la unión es no direccional, lo que permite la maleabilidad. Los átomos en sólidos macromoleculares se encuentran en posiciones fijas y no presentan maleabilidad; por el contrario, se pueden romper o rajar. Los átomos se unen formando una molécula gigante o red covalente. El ordenamiento de los átomos puede ser unidimensional, bidimensional o tridimensional. En el caso del asbesto es unidimensional, pues es una cadena de silicio y oxígeno.

La energía necesaria para romper o derretir los sólidos covalentes es alta, lo que explica sus altos puntos de fusión. Son insolubles en agua y poco conductores. Los átomos están unidos por enlaces covalentes estables, los cuales hay que romper antes de derretirlos.

Sólidos Moleculares

Las moléculas de estos sólidos están unidas por fuerzas intermoleculares, que son mucho más débiles que las fuerzas que mantienen unidas a las partículas de los sólidos iónicos y macromoleculares. Estos compuestos no necesitan que sus enlaces se rompan antes de fundirlos, como en el caso de los iónicos, metálicos y macromoleculares. Debido a esto, los sólidos moleculares tienen puntos de fusión relativamente bajos. Las fuerzas intermoleculares dependen de la polaridad de la sustancia (polar o no polar). Las moléculas no polares, como el hielo seco (CO₂), azufre y yodo, presentan fuerzas de dispersión de London, que son débiles, por lo que estas sustancias tendrán puntos de fusión bajos, son suaves y no conductoras, pues sus partículas no están cargadas o parcialmente cargadas; muchos son insolubles o parcialmente solubles en agua. Además de la polaridad, hay que considerar el tamaño y la masa molecular, pues influyen en el punto de fusión y ebullición. A mayor masa molecular, mayor es el punto de fusión, pues las fuerzas de dispersión de London aumentan. Si las moléculas son polares y poseen puentes de hidrógeno o fuerzas dipolo-dipolo, sus puntos de fusión y ebullición son mayores.