Estructura y Propiedades Fundamentales de Sólidos

Introducción a los Sólidos

Sólido Cristalino

Es aquel en el que las unidades estructurales que lo constituyen están dispuestas según una configuración geométrica característica de la sustancia. Tal configuración se repite con periodicidades definidas en tres dimensiones, resultando así una constitución ordenada y extendida.

Red Cristalina

Disposición tridimensional de puntos coincidentes con las posiciones de los átomos (o centro de las esferas).

Sólido Amorfo y Vidrio

Un sólido amorfo no posee una distribución regular ni orden molecular de gran alcance.

Un vidrio es un producto de fusión de materiales inorgánicos ópticamente transparente que se ha enfriado a un estado rígido sin cristalizar.

Los sólidos amorfos son en realidad líquidos sobreenfriados, enfriados muy por debajo de su punto de congelación (debido a que tienen el mismo desorden molecular de los líquidos y, por supuesto, carecen de una organización a nivel atómico regular). Son sólidos sin formas geométricas regulares y se les llama vidrios.

Propiedades de los Cristales

Propiedades como el índice de refracción, coeficiente de dilatación térmica, conductividad térmica y eléctrica y rapidez de solubilidad, son independientes del eje a lo largo del cual se hace la observación (esto describe un comportamiento isotrópico, característico de los cristales cúbicos).

Simetría Cristalina

Índices de Weiss y Miller

Los coeficientes a, b, c se denominan índices de Weiss del plano. También existen los llamados índices de Miller, que se obtienen tomando los recíprocos de los índices de Weiss y multiplicándolos por el número menor que transforma todos los recíprocos en números enteros.

Elementos de Simetría

El número total de planos, ejes y centro de simetría que posee un cristal se denomina elementos de simetría.

Plano de Simetría

Si a un cristal se le divide con un plano imaginario que lo parta en dos mitades, de manera que una sea la imagen de la otra, se dice que el cristal posee un plano de simetría.

Centro de Simetría

El cristal tiene un centro de simetría si cada cara tiene otra idéntica en el lado opuesto de dicho centro.

Eje de Simetría

El cristal tiene un eje de simetría si al dibujar una línea imaginaria que pase por su centro, de manera que al hacerlo girar 360º, el cristal aparezca sin cambio 2, 3, 4, o 6 veces. En función de ese grado de repetición, se dice que el cristal posee un eje de simetría binario, ternario, cuaternario o senario, respectivamente.

Sistemas Cristalinos

Cúbico

Tres ejes perpendiculares, distancia unitaria igual. Ejemplos: NaCl, KCl, diamante.

Tetragonal

Tres ejes perpendiculares, solo dos de igual longitud. Ejemplos: rutilo, circón.

Hexagonal

Dos ejes de igual longitud en un plano, con un tercer eje perpendicular a este plano. Ejemplos: blenda de cadmio, cincita.

Romboédrico

Tres ejes de igual longitud, ángulos iguales pero no de 90º. Ejemplos: calcita, Bi, Sb.

Ortorrómbico

Tres ejes perpendiculares de longitud desigual. Ejemplos: azufre rómbico, barita.

Monoclínico

Tres ejes desiguales, dos perpendiculares. Ejemplos: azufre monoclínico, CaSO₄ · 2H₂O.

Triclínico

Tres ejes de longitud desigual, sin ángulos rectos. Ejemplos: CuSO₄ · 5H₂O, K₂Cr₂O₇.

Estructura Cristalina

Celda Unitaria

Es el grupo más pequeño de átomos que, mediante la traslación repetida en tres dimensiones, forma a todo el cristal.

Redes de Bravais

Se conoce así a la forma en que se encuentran colocados los átomos o iones dentro de la celda unitaria correspondiente, formando así por su colocación la forma geométrica del sistema.

Tipos de Sólidos por Enlace

Atómico

Blando a muy blando. Puntos de fusión muy bajos, mala conductividad. Ejemplos: Elementos del grupo 18 (Gases nobles).

Molecular

Generalmente blandos. Puntos de fusión desde bajos a moderadamente altos. Mala conductividad. Ejemplos: H₂O, NH₃, CO₂.

Sólido de Red Covalente

Muy duros. Puntos de fusión muy altos. Con frecuencia mala conductividad. Ejemplos: Diamante (C), cuarzo (SiO₂).

Iónico

Duros, quebradizos. Puntos de fusión altos. Mala conductividad (en estado sólido). Ejemplos: NaCl, KBr, CaCO₃.

Metálico

Blando a duro. Puntos de fusión desde bajos a muy altos. Maleables y dúctiles. Excelente conductividad. Ejemplos: Todos los elementos metálicos.