Tpnº 3

CÁTEDRA: QUÍMICA
GUÍA DE PROBLEMAS Nº 3
TEMA: ESTADO SÓLIDO
OBJETIVOS: Estudiar los sólidos desde un punto de vista fundamentalmente químico y de
algunas técnicas experimentales que nos permitan conocer sus características. Clasificar los
sólidos según la naturaleza del enlace que mantiene unidas a las diferentes entidades que los
constituyen.
INTRODUCCIÓN TEÓRICA
En los sólidos, la energía de las atracciones entre las moléculas es mucho mayor que la energía
cinética media de las mismas y prácticamente ninguna de ellas posee energía suficiente para
sobreponerse a las fuerzas de atracción. Las moléculas adoptan una distribución ordenada que
maximiza la energía de atracción, dando lugar a la estructura rígida que caracteriza a todos los
sólidos. Los sólidos bajo un punto de vista macroscópico tienen formas definidas y volumen
propio y sus propiedades se caracterizan por el tipo de partículas que los conforman.
En el estado sólido, las partículas ya sean átomos o moléculas se encuentran muy unidas entre
sí debido a las poderosas fuerzas de cohesión que hay entre ellas; aunque no dejan de moverse,
pues poseen un movimiento de vibración. No se comprimen; al aplicar una fuerza sobre un
sólido, este no se comprime, porque sus partículas están muy cerca de otras. Si se les
comprime, por lo general se deforman, pero el volumen del sólido no disminuye.
Bajo un punto de vista microscópico, los sólidos presentan un ordenamiento de sus partículas
constituyentes que ocupan posiciones perfectamente definidas en el espacio. Se denomina
sólidos amorfos, a aquellos sólidos en los que las partículas que lo conforman carecen de una
estructura ordenada. Estos sólidos carecen de formas y caras bien definidas. Muchos sólidos
amorfos son mezclas de moléculas que no se pueden apilar bien. Casi todos los demás se
componen de moléculas grandes y complejas. Entre los sólidos amorfos más conocidos destaca
el vidrio.
En el sólido cristalino, los átomos, iones o moléculas que lo constituyen están perfectamente
ordenadas en una red cristalina, ocupando cada una de las partículas una posición reticular
definida. La palabra cristal proviene del griego crystallos, nombre que dieron los griegos a una
variedad del cuarzo, que hoy se llama cristal de roca.
Las propiedades de los cristales, como su punto de fusión, densidad y dureza están
determinadas por el tipo de fuerzas que mantienen unidas a las partículas. Se clasifican en:
iónico, covalente, molecular o metálico.
Cristales iónicos
Los cristales iónicos tienen dos características importantes: están formados de enlaces cargados
y los aniones y cationes suelen ser de distinto tamaño. Son duros y a la vez quebradizos. La
fuerza que los mantiene unidos es electrostática. Ejemplos: KCl, CsCl, ZnS. La mayoría de los
cristales iónicos tienen puntos de fusión altos, lo cual refleja la gran fuerza de cohesión que
mantiene juntos a los iones. Su estabilidad depende en parte de su energía reticular; cuanto
mayor sea esta energía, más estable será el compuesto.
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Cristales covalentes
Los átomos de los cristales covalentes se mantienen unidos en una red tridimensional
únicamente por enlaces covalentes. El grafito y el diamante, alótropos del carbono, son buenos
ejemplos. Debido a sus enlaces covalentes fuertes en tres dimensiones, el diamante presenta
una dureza particular y un elevado punto de fusión. El cuarzo es otro ejemplo de cristal
covalente. La distribución de los átomos de silicio en el cuarzo es semejante a la del carbono en
el diamante, pero en el cuarzo hay un átomo de oxígeno entre cada par de átomos de silicio.
Cristales moleculares
En un cristal molecular, los puntos reticulares están ocupados por moléculas que se mantienen
unidas por fuerzas de van der Waals y/o de enlaces de hidrógeno. El SO2 sólido es un ejemplo
de un cristal molecular al igual que los cristales de I2, P4 y S8. Con excepción del hielo, los
cristales moleculares suelen empaquetarse tan juntos como su forma y tamaño lo permitan.
Debido a que las fuerzas de van der Waals y los enlaces de hidrógeno son más débiles que los
enlaces iónicos o covalentes, los cristales moleculares suelen ser quebradizos y la mayoría
funden a temperaturas menores de 100 °C.
Cristales metálicos
La estructura de los cristales metálicos es más simple porque cada punto reticular del cristal
está ocupado por un átomo del mismo metal. Los cristales metálicos por lo regular tienen una
estructura cúbica centrada en el cuerpo o en las caras; también pueden ser hexagonales de
empaquetamiento compacto, por lo que suelen ser muy densos. Sus propiedades varían de
acuerdo a la especie y van desde blandos a duros y de puntos de fusión bajos a altos, pero todos
en general son buenos conductores de calor y electricidad.
EJERCITACION
1.- A ¿Cuál de las características que se indican a continuación se puede atribuir a sólidos
iónicos?
a. Tienen una estructura tridimensional amorfa
b. Son frágiles
c. Fácilmente
maleables d. Tienen un elevado punto de fusión e. No se disuelven en agua
B. Dar dos ejemplos de sólidos iónicos
2.- El Hielo (agua en estado sólido) es un ejemplo de sólido molecular. a) Indicar las
propiedades generales que presenta. b) Indicar las fuerzas que mantienen a las unidades juntas.
3.- A. Menciones los estados alotrópicos del carbono y sus diferentes propiedades
B. ¿Cómo puede explicar la conductividad eléctrica del Grafito a diferencia del diamante?
Justificar en función de la estructura de cada uno.
4.- ¿Cómo se obtiene el vidrio? Menciones tres tipos y sus usos
5.- Mencione tres metales que generalmente se encuentren en la naturaleza sin combinar y tres
metales que siempre se encuentran combinados.
6.- Indique propiedades físicas y químicas generales de los metales alcalinos.
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7.- a. ¿Cómo se clasifican los sólidos cristalinos?
b. Dentro de esa clasificación dónde ubicaría los siguientes sólidos: Cu, CO2, Fe, C
(diamante), NaCl
Problemas propuestos.
1. Un sólido es maleable, dúctil, lustroso y buen conductor de la electricidad y del calor.
¿Qué tipo de sólido cristalino es? Dar dos ejemplos.
2. Un químico recibió en su laboratorio un sólido blanco, determinó algunas propiedades
y encontró que: su punto de fusión y ebullición son elevados, es soluble en agua. No
conduce la corriente en estado sólido pero si su forma fundida y sus soluciones acuosas.
¿Qué tipo de sólido cristalino es? Dar dos ejemplos.
3. Clasifique los siguientes sólidos cristalinos: MgO, S8, HBr, SiO2, C (grafito), Cr, KCl,
Ar, H2O y Mg.
4. Indique que tipo (o tipos) de sólido cristalino corresponde a las siguientes
características:
a) Mar de electrones por todo el sólido.
b) Blando y de punto de fusión relativamente bajo.
c) Mal conductor de la electricidad y punto de fusión elevado.
d) Las fuerzas entre partículas son de Dispersión de London, dipolo-dipolo o puentes de
hidrógeno.
e) Presenta iones en todo el sólido.
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