Tipos de sólidos en función de los enlaces entre unidades estructurales

Las propiedades macroscópicas de los gases son la compresibilidad y la fluidez. La teoría cinética molecular da cuenta de este comportamiento macroscópico en términos de una descripción microscópica, cuya característica fundamental es el movimiento caótico de sus moléculas independientes, moléculas que rara vez entre ellas ejercen fuerzas apreciables. En contraste con esto, los rasgos más importantes de los sólidos son la rigidez, la incompresibilidad y la estructura geométrica. Encontramos que la explicación de estas propiedades macroscópicas en función de la teoría atómica implica la idea de una red cristalográfica: un ordenamiento permanente de los átomos unidos entre sí por fuerzas de magnitud considerable. De esta manera, los comportamientos moleculares extremos se encuentran en los gases y en los sólidos. En los primeros tenemos un caos molecular y unas fuerzas moleculares débiles, y en los segundos tenemos una disposición ordenada en donde las fuerzas interatómicas son grandes.

Existen sustancias, tales como el cloruro de sodio, el azúcar, el azufre elemental, etc., que no sólo poseen propiedades de rigidez y compresibilidad, sino que también se encuentran en la naturaleza en formas geométricas características. Estos son los sólidos cristalinos, que se deben distinguir de las sustancias amorfas, tales como el vidrio, cerámicas, caucho, el plexiglás o cualquier otro plástico. Estos materiales amorfos poseen algunas de las propiedades mecánicas comúnmente asociadas con la palabra sólido, pero no se encuentran en formas características regulares. Algo aún más importante es que los materiales amorfos son isotrópicos, es decir, sus propiedades, tales como la resistencia mecánica, el índice de refracción y la conductividad eléctrica son iguales en todas las direcciones. Los sólidos cristalinos, sin embargo, son muy diferentes, porque ellos son anisotrópicos, sus propiedades mecánicas y eléctricas dependen en general de la dirección en que se miden.

El estado cristalino es fácil de reconocer en muchos casos, en particular en los minerales que existen en la naturaleza. Los ángulos y caras bien definidos y característicos de los cristales de cuarzo natural sugieren que son consecuencia de la red interna ordenada. Otras veces, las sustancias sólidas se encuentran como polvo, como grumos o como aglomerados, que en muchos aspectos se parecen a las sustancias amorfas, pero cuando se examinan bajo el microscopio, los ángulos característicos de un cristal se hacen evidentes.

Por tanto, debemos tener cuidado para distinguir los sólidos amorfos y los sólidos policristalinos. En los últimos existen cristales individuales, con redes atómicas ordenadas, pero son tan pequeños que no pueden ser reconocidos a no ser bajo un microscopio. Los metales se presentan frecuentemente en condición policristalina.

Los enlaces entre átomos, entre iones o entre moléculas explican las interacciones atómicas y moleculares en sólidos, líquidos y gases. Cada uno de los tipos de enlace (iónico, covalente o metálico) da un tipo de estabilidad a los átomos que une.

### Solidos iónicos

En los cristales iónicos los fragmentos que se repiten en la red son fragmentos cargados positiva y negativamente. Uno de los ejemplos más comunes de este tipo de sustancias es el cloruro sódico. Es importante observar que cada ión ocupa una posición reticular equivalente y que no existen grupos discretos de átomos o moléculas en el cristal. En efecto, cada ión de un signo dado está ligado por la fuerza eléctrica a todos los iones de signo opuesto que hay en el cristal. Los cristales iónicos tienden a ser duros y quebradizos, y podemos encontrar la explicación de esto en la naturaleza de las fuerzas eléctricas existentes entre los iones. Otra característica es que son aisladores eléctricos a bajas temperaturas, pero buenos conductores cuando están fundidos.

### Sólidos moleculares

En este tipo de cristales la unidad que se repite es un átomo o molécula químicamente identificable que no lleva una carga neta. La cohesión de estos cristales es el resultado de las fuerzas de Van der Waals.

Las fuerzas de Van der Waals son considerablemente más débiles que las fuerzas de atracción eléctricas que existen entre dos iones, así pues se requiere poca energía para separar a las moléculas individuales. Como consecuencia estos sólidos tienden a ser algo volátiles y poseen bajos puntos de ebullición y de fusión. Los cristales moleculares tienden a ser blandos, compresibles y fácilmente deformables. Estas propiedades son resultado de las débiles fuerzas moleculares y del carácter no direccional de las mismas. Otra consecuencia es que son buenos aisladores de la electricidad. Ejemplo de este tipo de sólidos son los cristales de iodo, los gases nobles a temperaturas muy bajas, el metano, etc.

### Sólidos covalentes o cristales atómicos

Los cristales en donde todos los átomos están unidos por un sistema continuo de enlaces de par electrónico, bien definidos, son llamados sólidos con enlace covalente. El caso más conocido es el diamante, en donde cada átomo de carbono está ligado covalentemente a otros cuatro átomos. El resultado es una malla rígida tridimensional, que une a cada uno de los átomos de carbono con todos los otros. Es decir, la totalidad del cristal es una sola molécula. Estos materiales al igual que los iónicos son extremadamente no volátiles y poseen puntos de fusión muy altos. Son los cristales más duros e incompresibles de todos los materiales. En general son buenos aisladores de la electricidad.

### Sólidos metálicos

Los cristales metálicos se caracterizan por su brillo metálico, su capacidad de reflexión, su alta conductividad térmica y eléctrica, y por la facilidad para ser estirados, forjados y doblados sin romperse. La plata, el oro y el platino son las sustancias donde estas propiedades aparecen más claramente.

La estructura electrónica de los metales difiere de la de las otras sustancias en que los electrones de valencia de sus átomos no están localizados en cada uno de éstos, sino que son propiedad de todo el cristal. De este modo, en una representación simplificada, se considera que el metal es una serie de iones positivos sumergidos en un "mar" de electrones móviles.

### Bibliografía:

1. ↑ Beltrán, H. (2011). Tema estados de agregación tomado de: https://ocw.uca.es/pluginfile.php/239/mod\_resource/content/1/Tema\_5.\_Estados\_de\_Agregacion.pdf