Sólidos amorfos y sólidos cristalinos
Introducción
¡Hola!
¡Vaya qué momento más grato el poder saludarte! Es un orgullo que continúa como estudiante de este curso. Espero que sigas perseverando hasta el final, por lo pronto te invito a revisar esta octava clase titulada Sólidos amorfos y sólidos cristalinos del curso de Química Universitaria.
En esta clase estudiaremos los temas del programa: Sólidos amorfos y sólidos cristalinos, Estructura de los sistemas cristalinos y Teoría de bandas en metales.
Debemos considerar que las moléculas en estado sólido guardan cierta rigidez y prácticamente no se mueven. Sus moléculas se distribuyen de forma tridimensional. Esto significa que en un sólido no existen tantos espacios vacíos comparados con los líquidos, justo por esta razón es que son incompresibles. La gran aplicabilidad de los materiales se relaciona con el tipo de sólido de que se trate, así que tanto los sólidos amorfos como los cristalinos son la parte medular de la ciencia de los materiales por lo que resulta necesario conocer sus propiedades y echar un vistazo lo que ocurre al interior de las estructuras sólidas. De ahí se desprende también información acerca de cómo se encuentran unidos, cuál es el comportamiento durante el proceso de fusión y algunas otras propiedades como las que estudiamos en la lección anterior.
El hielo corresponde a un sólido cristalino con un ordenamiento preciso y regular (sus átomos, moléculas o iones ocupan posiciones específicas. Te invito a revisar este mundo fascinante de los sólidos.
De modo que, en este contexto, ¡Comencemos la clase!
Desarrollo del tema
4.3. Sólidos amorfos y sólidos cristalinos
De acuerdo con Chang (2017):
Los sólidos
Se caracterizan porque vibran en torno a posiciones fijas, existe una clasificación de ellos en función de la existencia o no de orden en sus estructuras internas. Los tipos de sólidos pueden ser cristalinos y amorfos.
Características de los sólidos cristalinos:
- Tienen un orden geométrico que forma redes cristalinas.
- Presentan simetría en tres direcciones.
- Las fuerzas de atracción intermoleculares son máximas.
- Las fuerzas que mantienen la estabilidad al interior de un cristal pueden ser iónicas, covalentes, de van der Waals, de puentes de hidrógeno o incluso una combinación de todas ellas.
- La temperatura de fusión de un cristalino sólido es precisa y está bien definida.
- El hielo es un ejemplo de este tipo de sólidos.
Características de los sólidos amorfos:
Según Chang (2017):
- Las moléculas están distribuidas al azar.
- Carecen de un ordenamiento al interior de sus moléculas.
- No tienen una temperatura de fusión definida.
- Cuando se aplica una carga a un material amorfo en un intervalo racionado de tiempo, la sustancia desarrollará una deformación pseudo-permanente.
- Presentan las propiedades magnéticas más notables.
- Ejemplos de estos sólidos son los polímeros y el vidrio.
Existen 4 tipos de cristales en la tabla 1 se describen sus propiedades y se indican ejemplos:
4.4. Estructura de los sistemas cristalinos
Para entender que es la estructura de un sólido cristalino es necesario indicar el concepto de celda unitaria.
Celda unitaria
Consiste en una pequeña caja que contiene uno o más átomos acomodados en 3 dimensiones.
- Las celdas unitarias unidas en un espacio tridimensional indican la disposición en masa de los átomos del cristal.
- La celda unitaria está representada en términos de sus parámetros de rojo (distancias entre los bordes, se representan con: a, byc).
- Los ángulos entre los parámetros de rojo se indican mediante las letras griegas: alfa, beta y gamma.
- Las posiciones puntuales de los átomos dentro de la celda unitaria se indican como puntos en el espacio de coordenadas: (x i , y i , z i ).
Para que una celda unitaria por repetición pueda producir la red cristalina es necesario que pertenezca a uno de los 7 sistemas cristalinos que puedes apreciar en la figura 3.
Redes cristalinas o redes de Bravais
Es la agrupación de estructuras cristalinas según el sistema axial. Cada sistema de constancia roja de una agrupación de tres ejes en un acomodo geométrico específico. Ver figura 4.
4.5. Teoría de bandas en metales
De acuerdo con Chang (2017):
- Esta teoría se fundamenta en el movimiento de los electrones de valencia deslocalizados, que se mueven gracias a la energía que se suministra a los metales.
- Ayuda a conocer la capacidad que tienen los metales para conducir la electricidad.
- El modelo que puedes ver representado en la figura 5, te permitirá comprender el fenómeno de la conducción.
- Los electrones que se encuentran en la banda de valencia cuando solicitan energía a pasar a la banda conductora.
- Cuanto mayor sea la distancia entre las bandas mayor energía se requerirá para este proceso.
- Cabe mencionar que no siempre consiguen los electrones ir de una brecha a otra. Esto es porque los materiales o tienen baja conductividad o definitivamente no son conductores.
Podemos generalizar que estos materiales pueden ser:
- Conductores . La migración de los electrones se da con facilidad.
- Semiconductores . La migración de los electrones se da con dificultad.
- Aislantes . Nunca pueden pasar los electrones de una brecha a otra.
Demos un paso más en el desarrollo de esta clase, te invito a ver atentamente el video:
Finalmente te pido que visites este sitio, la información que ahí encontrarás te facilitará la comprensión de los contenidos que hemos abordado en la clase: La teoría de bandas explica la conducción eléctrica
Conclusión
Para terminar, te invito a revisar lo siguiente:
- Los sólidos cristalinos tienen acomodos geométricos y simétricos.
- Los sólidos amorfos no tienen estructuras ordenadas y bien definidas.
- La temperatura de fusión de un cristalino sólido es precisa y está bien definida y no así en los amorfos.
- La celda unitaria es la mínima parte que se repite en toda la estructura de un cristal.
- La red cristalina es la disposición de las unidades asimétricas de un cristal mediante una matriz.
- Para que una celda unitaria por repetición pueda producir la red cristalina es necesario que pertenezca a uno de los 7 sistemas cristalinos:
- Cúbico
- Tetragonal
- Ortorrómbico
- Monoclínico
- Triclínico
- Hexagonal
- Romboédrico
- La teoría de bandas nos permite conocer la capacidad que tienen los metales para conducir la electricidad.
- El modelo muestra cómo los electrones que se encuentran en la banda de valencia cuando reciben energía pedir a pasar a la banda conductora.
- Cuanto mayor sea la distancia entre las bandas mayor energía se requerirá para este proceso.
- Cabe mencionar que no siempre consiguen los electrones ir de una brecha a otra. Esto es porque los materiales o tienen baja conductividad o definitivamente no son conductores.
- Para los conductores, la migración de los electrones se da con facilidad.
- Para los semiconductores, la migración de los electrones se da con dificultad.
- Para los aislantes, nunca pueden pasar los electrones de una brecha a otra.
Con esto llegamos al final de la clase. ¡Felicidades, ha concluido un tema muy interesante! No olvides la tarea, recuerda enviarla en tiempo y forma. Hasta la siguiente clase.
Fuentes de información
- Chang, R. y Goldsby, KA (2017). Química. CD. de México. McGraw-Hill.
Universidad de Alcalá (8 de junio de 2021). Estructuras de los sólidos. Obtenido del siguiente documentohttps://es.wikipedia.org/wiki/Teor%C3%ADa_de_bandas