SÓLIDOS Cuando estudiamos los estados de la materia observa

SÓLIDOS
Cuando estudiamos los estados de la materia observamos que los sólidos tienen forma y
volúmenes definidos y son resistentes a la compresión.
Los sólidos cristalinos son aquellos que tienen estructura interna ordenada y bien
definida, mientras otros sólidos carecen de estas características los cuales constituyen los
sólidos amorfos. Ejemplo de éstos últimos son algunos plásticos, la goma, entre otros.
Los sólidos son mas estables en forma cristalina, sin embargo si un solido se forma
rápidamente (ejemplo cuando se enfría muy rápido) sus átomos o moléculas no tienen
tiempo de alinearse por sí mismos y pueden quedar fijos en posiciones distintas a las de un
cristal ordenado.
Los cristales tienen ordenamientos regulares de átomos, moléculas o iones. Existe en
ellos una unidad que se repite tridimensionalmente y que tiene las características del
sistema cristalino; esta unidad de volumen más pequeña es la celda unidad (es decir la
porción más simple de la estructura cristalina). Existen siete sistemas cristalinos, cada uno
de ellos caracterizado por las relaciones de longitud y ángulos de la celda unidad.
Si se tienen en cuenta los elementos de simetría, se pueden distinguir siete sistemas
cristalinos, que toman el nombre de una figura geométrica elemental. Son los sistemas:
1. Cúbico (cubo)
2. Tetragonal (prisma recto cuadrangular)
3. Ortorrómbico (prisma recto de base rómbica)
4. Monoclínico (prisma oblicuo de base rombica)
5. Triclínico (paralelepípedo cualquiera)
6. Romboédrico (paralepípedo cuyas caras son rombos)
7. Hexagonal (prisma recto de base hexagonal)
a≠b≠c
α = γ = 90º; β ≠ 90º
α = β = 90º
γ = 120 º
a≠b≠c
α ≠ β ≠ γ ≠ 90 º
a=b=c
α = β = γ ≠ 90º
a=b=c
α = β = γ = 90
a=b≠c
α = β = γ = 90º
a≠b≠c
α = β = γ = 90º
Empaquetamiento compacto de esferas Las estructuras que los sólidos cristalinos
adoptan son aquellas que permiten el Contacto más íntimo entre las partículas, a fin de
maximizar las fuerzas de atracción entre ellas, cada esfera está rodeada por otras seis en la
capa.
El modelo de empaquetamiento compacto de esferas trabaja con capas compactas de
esferas dispuestas unas sobre otras. Este modelo es muy útil y eficaz para sistematizar y
clasificar las estructuras más corrientes y usuales de los sólidos iónicos
En ambos tipos de empaquetamiento cada esfera posee un número de coordinación igual a
12. En ambos tipos de empaquetamiento existe dos tipos de huecos, octaédrico (espacio
vacío que queda entre seis átomos) y tetraédrico (espacio vacío que queda entre cuatro
átomos). Por cada N átomos de una estructura de empaquetamiento compacto existen N
huecos octaédricos y 2N tetraédricos.
Diferencias estructurales y de comportamiento de los sólidos cristalinos y materiales vítreos
Cuando las moléculas que componen un sólido están acomodadas regularmente, decimos
que forman un cristal. Y al sólido correspondiente le llamamos sólido cristalino o fase
cristalina Existen muchos ejemplos de sólidos cristalinos como por ej., la sal de mesa
(cloruro de sodio, Na Cl?) y el azúcar (sacarosa, C 12 H 22 O 11).
Los sólidos como cristalinos porque las partículas macroscópicas que los forman (los
cristales) tienen formas regulares: si examinamos cristales de cloruro de sodio bajo una
lente de aumento, veremos que los cristales tienen forma de pequeños cubos.
ESTRUCTURA DE SÓLIDOS METÁLICOS:
Metales con empaquetamiento cuadrado:
Metales con empaquetamiento hexagonal compacto:
ESTRUCTURA DE SÓLIDOS IÓNICOS:
Estructuras con láminas de empaquetamiento cuadrado
Estructuras con láminas de empaquetamiento hexagonal
Defectos reticulares o imperfecciones en los sólidos:
Hasta ahora hemos supuesto que los materiales cristalinos poseen un ordenamiento
perfecto. Sin embargo, ese sólido ideal no existe; los materiales reales presentan diversos
tipos de imperfecciones y defectos, que afectan a muchas de sus propiedades físicas y
mecánicas, algunas veces de modo negativo y otras veces, beneficiosamente. Los defectos
influyen sobre importantes características tecnológicas, como la capacidad de formación de
aleaciones, la plasticidad, la conductividad eléctrica de los semiconductores, la velocidad
de difusión de los átomos y la corrosión de los metales.
Normalmente se clasifican de acuerdo a su geometría
Entre los defectos puntuales más simples encontramos la vacancia: se trata de un hueco
debido a la ausencia de un átomo. Las vacancias pueden trasladarse dentro del sólido,
intercambiando sus posiciones con los átomos vecinos; este mecanismo es una de las
formas de difusión en el estado sólido, de gran importancia particularmente a altas
temperaturas cuando la movilidad de los átomos es mayor.
Cuando un átomo se ubica en uno de los huecos de su propia red cristalina, se
constituye otro defecto puntual denominado autointersticial. Estos defectos no se
encuentran espontáneamente en la naturaleza a causa de la tremenda distorsión estructural
que ello produciría, pero pueden ser introducidos por irradiación. En cristales iónicos los
defectos puntuales son más complejos, debido a la necesidad de mantener la neutralidad
eléctrica. Cuando dos iones de carga opuesta se pierden en un cristal iónico, se crea un par
de huecos debidos al catión y al anión, lo que es conocido como imperfección de Schottky.
Si un catión se mueve hacia una posición intersticial en un cristal iónico, una vacancia de
catión se crea en la posición del ion. Esta dualidad vacancia-defecto intersticial se llama
imperfección de Frenkel; sólo se da en estructuras relativamente abiertas, como la del
CaF2, que puede acomodar cationes sin que se genere un esfuerzo excesivo en la red. Estos
defectos en un cristal iónico incrementan su conductividad e influyen en las propiedades
ópticas.
Átomo sustitucional e intersticial.
Se trata de la presencia de átomos extraños (impurezas o aleantes) en puntos reticulares o
en huecos de la estructura cristalina de un metal puro, o de un cristal covalente o iónico. En
general tienen una influencia notable en las propiedades mecánicas, físicas, químicas y
eléctricas de los materiales. Por ejemplo, pequeñas cantidades de impurezas sustitucionales
en el silicio puro pueden provocar un gran aumento de su conductividad eléctrica; en
cambio, en los metales producen un aumento en la resistividad. Son muy pocos los metales
que se utilizan industrialmente en estado puro o casi puro; el cobre por ejemplo, con una
pureza del 99,99 % se usa en cables eléctricos; el aluminio de 99,99 % de pureza (llamado
aluminio superpuro) para fines decorativos, ya que con él pueden conseguirse acabados
metálicos muy brillantes. La mayoría de los metales usados en ingeniería están combinados
con otros metales o no metales formando aleaciones; de este modo se pueden mejorar
propiedades como la resistencia mecánica y a la corrosión. Los átomos extraños que se
incorporan para mejorar al metal, se denominan elementos aleantes; los otros son
impurezas indeseables, que también pueden encontrarse en los materiales de ingeniería,
debido a su presencia en las materias primas naturales. Hay aleaciones relativamente
simples, como el latón, aleación binaria de 70% de Cu y 30% de Zn; otras poseen
estructuras extremadamente complejas como la superaleación Inconel 718, de base níquel,
utilizada en componentes de motores a reacción y que contiene unos 10 elementos en su
composición. El tipo más sencillo de aleación es la constituida por una sola fase, la
solución sólida; que se forma adicionando átomos de soluto a un material solvente,
mientras se mantiene la estructura cristalina de éste. Existen dos tipos de soluciones sólidas:
sustitucionales e intersticiales.