La Química del Estado Sólido: INTRODUCCION A LOS SOLIDOS

La materia se presenta en tres estados o formas de agregación: sólido, líquido y gaseoso. Dadas las condiciones existentes en la superficie terrestre, sólo algunas sustancias pueden hallarse de modo natural en los tres estados, tal es el caso del agua. La mayoría de sustancias se presentan en un estado concreto. Así, los metales o las sustancias que constituyen los minerales se encuentran en estado sólido y el oxígeno o el CO2 en estado gaseoso.

Un cuerpo sólido es el estado de agregación de la materia que se caracteriza porque opone resistencia a cambios de forma y de volumen.

En química se estudia tanto la síntesis química como la estructura y las propiedades físicas (eléctricas, magnéticas, ópticas, térmicas y mecánicas) de los materiales sólidos, sean de base molecular, metálica, cristalina o cerámica. De esta forma, tiene un solapamiento intenso con la física del estado sólido, la mineralogía, la cristalografía, la cerámica, la metalurgia, la termodinámica, la ciencia de materiales y la electrónica.

Los sólidos pueden ser CRISTALINOS o AMORFOS. Un sólido cristalino es un sólido cuyos átomos, iones o moléculas, están ordenados en arreglos bien definidos. Estos sólidos suelen tener superficies planas o caras que forman ángulos definidos unos con otros. Los conjuntos ordenados de partículas son los que producen estas caras y también provocan que los sólidos tengan formas muy regulares. El cuarzo y el diamante son ejemplos de sólidos cristalinos.

Un sólido amorfo, es un sólido cuyas partículas no tienen una estructura ordenada. Estos sólidos carecen de caras y formas bien definidas. Muchos sólidos amorfos son mezclas de moléculas que no se empacan bien entre sí. Otros están compuestos de moléculas grandes y complicadas. Entre los sólidos amorfos que nos son familiares están el caucho y el vidrio. Es posible que una misma sustancia pueda existir en estas dos formas. Así el SiO2 amorfo es el vidrio común y en cambio el SiO2 cristalino se conoce como cuarzo.

PROPIEDADES DE LOS SOLIDOS

-ELASTICIDAD: Un sólido recupera su forma original cuando es deformado. Un resorte es un objeto en que podemos observar esta propiedad.
-FRAGILIDAD: Un sólido puede romperse en muchos pedazos (quebradizo).
-DUREZA: Un sólido es duro cuando no puede ser rayado por otro más blando. El diamante es un sólido con dureza elevada.
-FORMA DEFINIDA: Tienen forma definida, son relativamente rígidos y no fluyen como lo hacen los gases y los líquidos, excepto a bajas presiones extremas.
-VOLUMENDEFINIDO: Debido a que tienen una forma definida, su volumen también es constante.
-ALTA DENSIDAD: Los sólidos tienen densidades relativamente altas debido a la cercanía de sus moléculas por eso se dice que son más “pesados”
-FLOTACION: Algunos sólidos cumplen con esta propiedad, solo si su densidad es menor a la del líquido en el cual se coloca.
-INERCIA: Es la dificultad o resistencia que opone un sistema físico o un sistema social a posibles cambios, en el caso de los sólidos pone resistencia a cambiar su estado de reposo.
-TENACIDAD: En ciencia de los Materiales la tenacidad es la resistencia que opone un material a que se propaguen fisuras o grietas.
-MALEABILIDAD: Es la propiedad de la materia, que presentan los cuerpos a ser labrados por deformación. La maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa, teniendo en común que no existe ningún método para cuantificarlas.
-DUCTIBILIDAD: La ductilidad se refiere a la propiedad de los sólidos de poder obtener hilos de ellos.
-PUNTO DE FUSIÓN: El punto de fusión de un sólido (que es el mismo que el punto de congelación de un líquido) es la temperatura a la que la velocidad de fusión de un sólido es la misma que la velocidad de congelación de un líquido bajo una presión determinada. Es decir, la temperatura a la que el sólido y el líquido están en equilibrio.

El punto de fusión normal de una sustancia es su punto de fusión a una atmósfera de presión. Las variaciones de los puntos de fusión y ebullición de las sustancias suelen ser paralelas, ya que son similares las fuerzas intermoleculares de las que dependen. Para el agua sólida (hielo) el punto de fusión normal es 0ºC.
-SUBLIMACIÓN Y PRESIÓN DE VAPOR DE SÓLIDOS: Algunos sólidos, como el yodo y el hielo seco (anhídrido carbónico sólido), se vaporizan sin pasar por el estado líquido a presión atmosférica. Se dice que SUBLIMAN. Al igual que los líquidos, los sólidos tienen presiones de vapor, pero son muy inferiores a las de aquéllos. Los sólidos con presión de vapor elevada subliman fácilmente. Los olores característicos de algunos sólidos caseros como el naftaleno (bolas de naftalina) se deben a la sublimación. El proceso inverso, o sea, aquel mediante el cual el vapor solidifica sin pasar por el estado líquido, se denomina DEPOSICIÓN.

Algunos sólidos impuros pueden purificarse por sublimación y posterior deposición del vapor (como sólido) sobre una superficie fría.
-TRANSFERENCIA DE CALOR ENTRE SÓLIDOS: Cuando se suministra calor a un sólido, por debajo de un punto de fusión, su temperatura aumenta. El número de calorías necesarias para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de sólido es su calor específico (cal/gramo · ºC). La capacidad calorífica molar (kcal/ mol · ºC) es el número de kilocalorías que elevan en un grado Celsius la temperatura de un mol de sólido. Cuando se suministra suficiente calor para alcanzar el punto de fusión del sólido, la temperatura no varía aunque se siga dando calor mientras coexistan la fase líquida y sólida en equilibrio, pero el sólido licúa. El número de calorías necesarias para fundir un gramo de sólido en su punto de fusión es el calor de fusión (cal/g). El término fusión significa literalmente “derretimiento”. El calor molar de fusión, es el número de kilocalorías que debe absorber un mol de sólido en su punto de fusión para fundir.
El CALOR DE SOLIDIFICACIÓN : Es igual en magnitud al calor de fusión. Representa la cantidad de calor que debe eliminarse de una cantidad dada de líquido en su punto de congelación para que solidifique. Para el agua este calor es: