El estado solido

La química del estado sólido es el estudio de los materiales sólidos, sean de base molecular, metálica, cristalina o cerámica. La química del estado sólido estudia tanto la síntesis química como la estructura y las propiedades físicas (eléctricas, magnéticas, ópticas, térmicas y mecánicas) de los sólidos.

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MINERALES

1.0 ¿Qué es un mineral?

Un mineral es un sólido homogéneo, inorgánico, que se presenta de manera natural y que posee una estructura atómica ordenada y una composición química definida o que varía dentro de ciertos límites, lo que le confiere una serie de propiedades físicas y características determinadas.

1.1 Formación de los minerales

Los minerales se producen por cristalización a partir de fluidos o por transformaciones en estado solido.
El primer caso incluye :
a) enfriamiento de materiales fundidos de origen magmático
b) evaporación a partir de una disolución acuosa
c) por sublimación de vapor

En el segundo caso, las transformaciones se producen por cambios en las condiciones ambientales, básicamente presión y temperatura.

1.2 Estudio de los minerales

La importancia del estudio de los minerales radica en el hecho de que, además del valor económico que puedan tener, constituyen un criterio de clasificación de las rocas y, sobretodo, porque proporcionan información sobre las condiciones en las que los minerales, y las rocas que los contienen, se han formado. Por otro lado, el estudio de los minerales formados en condiciones superficiales nos puede ayudar a determinar las condiciones que predominaron en la superficie de la tierra en épocas pasadas.

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CRISTALOQUIMICA

Hasta ahora hemos considerado el cristal como una red trisdimencianoal de muchos nudos ocupando posiciones fijas que , aunque es una vision puramente geometica, nos ha permitido ver algunos aspectos de la simetria de los cristales.
En realidad, cad bnudo de la red esta ocupado por un átomo, ion, gruipo iónico o molécula que se mantienen unidos mediante distintos tips de enlaces quimicos más o menos reistentes, ya mencionadas anteriormente.
Cada uno de sstos budos representa la posición de equilibrio que sólo se alcanza totalmente a temperatura cero absoluto.Estas particulas oscilan constantemente e modo que cuando la temperatura aumenta a la vez aumenta la agitación de ellas, produciendo distorciones en la red o incluso provocando la ruptura ttal de ella.Siendo así, se rompen los enlaces quimicos que mantenían unidos el edificio cristalino y se produce con él, el paso del estado sólido al estado liquido.

TIPOS DE EDIFICIOS

1.1 EDIFICIOS IONICOS

En estos edificios los átomos se mantienen en sus posiciones gracias a la atracción electrostática que se establece entre iones de carga opuesta, es decir, entre aniones y cationes.El enlace iónico se caracteriza por la treasferencia de uno o más electrones desde un átomo a otro, que deja iones de carga opuesta en contacto, lo que produce un enlace químico muy fuerte.Este tipo de enlace aparece en una gran cantidad de minerales

1.2 EDIFICIOS COVALENTES

En los edificios covalentes, los átomos se enlazan compartiendo uno o varios pares de electrones.Es frecuente entre elementos electronegativos, que ceden con dificultad sus electrones. Debido a que los átomos comparten parte de sus envolturas externas de elctrones, el enlace covalente es el más fuerte que existe y suele dirijido en determinadas direcciones.

1.3 EDIFICIOS METALICOS

Los nudos de la red cristalina estan ocupados por núcleos átomicos rodeados por una nube de electrones, con gramn movilidad pero que no pertecen a ningún átomo en concreto, si no que son comúnes a todos ellos.Son propios de elementos poco electronegativos, que liberan con facilidad sus electrones.Se suelen dar en metales, alñgunos sulfuros etc.La gran movilidad de sus electrones les confiere una gran conductividad eléctrica y térmica.

1.4 LOS EDIFICIOS MOLECULARES

Son caracteristicos de las sustancias orgánicas, aunque pueden darse algunas inorgánicas.Los nudos de esta red están ocupados por moléculas eléctricamente neutras, que se mantienen unidas por cargas eléctricas residuales muy débiles semejantes a las fuerzas de Van der Waals.

1.5 LOS EDIFICIOS MIXTOS

Es muy frecuente que en un mismo edificio cristalinos los átomos, iones o moléculas estén unidops mediante distintos tipos de enlace.Los edificios de este tipo contienen átomos dispuestos en una estrucura laminar, en cada una de estas láminas, los átomos se unen mediante alguno de los tipos de enlace de forma quie las láminas puedena ser muy fuertes y flexibles, mientras que el enlace que prevalece entre láminas puede ser un enlace muy debíl que facilita el deshojamiento de estas láminas.


El tipo de enlace que prevalece en un edificio cristalino determina, en gran medida, algunas propiedades de los minerales: dureza, conductividad eléctrica, punto de fusión, solubilidad, etc.

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CRISTALOGRAFÍA


La cristalografía es el estudio del crecimiento, la forma y la geometría de los cristales.

Cuando las condiciones son favorables, cada elemento o compuesto químico tiende a cristalizarse en una forma definida y característica.

En teoría son posibles 32 clases cristalinas;pero sólo una docena de clases incluye a casi todos los minerales comunes, y algunas clases nunca se han observado.La 32 clases se agrupan en 6 sistemas cristalinos, caracterizados por su longitud y posición de sus ejes(lineas imaginarias que pasan por el centro del cristal e interceptan las caras definiendo relaciones de simetría en el cristal). Los minerales de cada sistema comparten algunas características de simetría y forma cristalina, así como muchas propiedades ópticas importantes.

Los cristales desarrollan su forma externa durante el proceso de cristalización, en el cual los átomos, iones o moléculas se van integrando y encajando dentro de un armazón tridimencional o edificio cristalino.
Una vez nucleado el cristal y asumiendo que se han alcanzado las condiciones adecuadas de quimismo, presión y temperatura, el grado de crecimiento dependerá básicamente del tiempo y espacio disponible para su desarrollo. Si el cristal dispone de un espacio reducido, limitado por la existencia de otros cristales, el borde exterior del cristal se ajustará a la superficie irregular disponible, con lo cual no se observará la verdadera forma del cristal. Apesar de ello, la estructura interna se ajustará exactamente a la disposición ordenada de las partículas dentro del edificio cristalino.

La sal es un ejemplo en donde ocurre cristalizacion; tendiendo a formar cristales cúbicos.

  • ELEMENTOS DE SIMETRíA
Esta disposición ordenada hace que aparescan elementos geometricos de simetría tales como ejes, planos y centros de simetría.En efecto los cristales tienen ejes de simetría, que son lineas imaginarias que atraviesan el cristal en una posición tal que al girar el cristal alrededor del eje se repite un mismo motivo, un numero determinado de veces en cada rotación de 360º.
En otras divide el cristal en dos partes iguales, cada una de las cuales es la imagen especular perfecta de la otra; en esta posicioón existe un plano de simetría.Por último, en ótras existe la misma disposición natural, motivando la aparición de un centro de simetría
En los cristales estos elementos regulan la disposición de las caras, aristas y vértices, de forma que el estudio detallado de los mismos nos permite determinar la simetría que posee el cristal.Los elementos de simetría que, solos y combinados entre sí, puden aparecer en los cristales son 7: 5 ejes de simetría de orden binario, ternario, cuaternario y senario, plano de simetría y centro de simetría.

  • RED ESPACIAL CRISTALINA

El ordenamiento de las tres direcciones del espacioi de los distintos átomos, iones o grupos iónicos, considerados como puntos geometricos o nudos forma un ared espacial cristalina.Ésta es el resultado de ola repetición de un aunidad estructural denominada poliedro fundamental.Éste está definido por tres vectores fundamentales de traslación, formando tres ángulos.En función de estos tres vectores y ángulos, podemos definir siete tipos de poliedros fundamentales.
La combinación de éstos, con la distinta distribución de los nudos permite definir catorce redes cristalinas denominadas redes de Bravais.
Hay que destacar las siete redes fundamentales que corresponden a los siete sistemas cristalinos: triclínica;monoclínica simple; rómbica simple; romboédricas; hexagonal; tetragonal simple y cúbica simple.

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SOLIDOS CRISTALINOS

A diferencia de los líquidos y gases, en la mayoría de los sólidos las partículas elementales que los forman (átomos, iones, grupos iónicos o moléculas) tienen una disposición interna ordenada, que caracteriza al sólido cristalino. La forma externa ideal de un sólido cristalino es un cristal, que es un sólido geométrico regular, limitado por superficies planas (caras) que se cortan a lo largo de líneas rectas (aristas), que, a su vez, convergen unas con otras formando ángulos determinados.

1.1 Definición
La mayor parte de los sólidos presentes en la naturaleza son cristalinos aún cuando en ocaciones esa estructura ordenada no se refleje en una forma geométrico regular apreciable a simple vista. Ello es debido a que con frecuencia están formados por un conjunto de pequeños cristales orientados de diferentes maneras, en una estructura policristalina. Los componentes elementales de una red cristalina, pueden ser átomos, moléculas o iones, de ahí que no se puede hablar en general de la molécula de un cristal, sino más bien de un retículo elemental o celdilla unidad, que se repite una y otra vez en una estructura periódica o red cristalina.

1.2 Tipos de sólidos
Las propiedades físicas de los sólidos, tales como temperatura de fusión, capacidad para conducir la corriente, resistencia a la deformación, dureza, etc, depende de las características de las fuerzas de enlace que unen las entidades elementales.
Así, los sólidos iónicos son duros y a la vez frágiles, con puntos de fusión altos. Aunque son malos conductores de la electricidad, sus disoluciones, sin embargo, presentan una conductividad elevada.
Los sólidos formados por moléculas apolares, son blandos como corresponde a la debilidad de las fuerzas de interacción entre ellas ( fuerzas de Van der Waals). Además presentan un punto de fusión bajo, y su conductividad eléctrica es extremadamente baja.

Los sólidos formados por moléculas polares, presentan características intermedias entre ambos tipos de sólidos, los iónicos y los apolares. Son buenos conductores de la electricidad y del calor, adémas de su fácil deformacion. Tiene también, elevados puntos de fusión.

Los sólidos covalentes están formados por una red tridimensional de enlaces atómicos fuertes, lo que dá apropiedades tales como: elevados puntos de fusión, escasa conductividad y extraordinario dureza.

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