Química de Sólidos: Enlace Metálico y Estructuras Cristalinas Fundamentales
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Enlace Metálico
Los metales y aleaciones presentan **enlace metálico**.
Los materiales metálicos tienen uno, dos o como máximo tres electrones de valencia. Según este modelo, los electrones de valencia del sólido no pertenecen a ningún átomo en particular y son relativamente libres de circular a través de todo el metal. Se interpreta que pertenecen al metal, formando un **mar de electrones** o una **nube de electrones**. El núcleo y los electrones no de valencia forman **cationes**, los cuales poseen una carga positiva equivalente al total de electrones de valencia por átomo. Los electrones libres contrarrestan las fuerzas repulsivas generadas entre los cationes (cargados positivamente). En consecuencia, el enlace metálico posee un **carácter no direccional**. Estos electrones libres actúan como el elemento de unión de los iones cargados positivamente.
Geometría de los Cristales
En los materiales sólidos, los átomos se pueden disponer en posiciones relativas ordenadas, en cuyo caso se dice que el material es **cristalino**; o bien, si la disposición de los átomos en el espacio no sigue ningún orden, se trata de un material **amorfo** o con **estructura amorfa**.
La disposición ordenada de los átomos en estructuras cristalinas consiste en una secuencia triplemente periódica de ubicación de los átomos que se repite a lo largo de todo el cristal. Estas secuencias se establecen a partir de la disposición de un átomo origen y de la ubicación relativa a este de otros átomos en las tres direcciones del espacio.
Un **cristal** es un conjunto numeroso de átomos, iones o moléculas ordenados en todas las direcciones del espacio. Cuando se menciona 'numeroso', se refiere a miles de millones o incluso cantidades mayores de estas partículas. Para ilustrar cómo es físicamente un material cristalino, se podría mostrar una **celda unitaria** de un cristal iónico de cloruro de sodio.
Estructura Cúbica Centrada en el Cuerpo (BCC)
La **estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC)** corresponde a una red cúbica, por lo tanto, a = b = c y α = β = γ = 90º, en la que las partículas se ubican en los vértices y una en el centro del cubo. Cada átomo en los vértices es compartido por ocho celdas unitarias, por lo tanto, solo un octavo de átomo de cada vértice se encuentra efectivamente dentro de cada celda.
Estructura Cúbica Centrada en las Caras (FCC)
Su disposición corresponde a una **celda cúbica** con átomos en los vértices y en el centro de las caras del cubo.
Estructura Hexagonal Compacta (HCP)
En esta estructura, generalmente no se utiliza la **celda unitaria elemental** para definirla, sino una celda constituida por varias, ya que de esta forma se pone más fácilmente de manifiesto la simetría y disposición de los átomos.
La **celda unitaria** de la estructura hexagonal compacta es un **prisma hexagonal**. Contiene átomos en los vértices del prisma y en los centros de las bases hexagonales. Adicionalmente, hay átomos en el plano intermedio (paralelo a las bases y a media altura de la celda), ubicados en las proyecciones de los ortocentros de 3 triángulos alternos de los 6 triángulos equiláteros en los que se pueden descomponer las bases.