SÓLIDOS CRISTALINOS

En este tipo de sólidos los átomos, iones o moléculas constituyentes están dispuestos de manera regular y ordenada formando redes cristalinas, en las cuales las partículas ocupan posiciones definidas y sus movimientos se limitan a vibraciones en torno a los vértices de la red en donde se hallan situadas. Por esta razón las sustancias sólidas poseen forma y volumen determinados.

La mayor parte de los sólidos presentes en la naturaleza son cristalinos, aun cuando en ocasiones esa estructura ordenada no se refleje en una forma geométrica 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 pueda hablar en general de la molécula de un cristal, si no más bien de un retículo elemental o celdilla unidad, que se repite una y otra vez en una estructura periódica o red cristalina.

ENLACES EN LOS SÓLIDOS

Los sólidos cristalinos se clasifican en cuatro categorías, según los tipos de partículas que forman su retículo y los enlaces e interacciones que se presentan entre ellas. Estas cuatro categorías son: 1) sólidos moleculares, 2) sólidos covalentes, 3) sólidos iónicos y 4) sólidos metálicos. Algunas de sus características son:

¿Qué es una zona cristalina y qué una zona amorfa?

Todos los materiales sólidos pueden clasificarse de acuerdo a su estructura molecular en cristalinos y amorfos.

En los sólidos cristalinos, las moléculas se encuentran ordenadas en las tres dimensiones. Esto es lo que se llama ordenamiento periódico y lo pueden tener los sólidos cristalinos constituidos por moléculas pequeñas. En el caso de los polímeros, las cadenas son muy largas y fácilmente se enmarañan y a demás, en el estado fundido se mueven en un medio muy viscoso, así que no puede esperarse en ellos un orden tan perfecto, pero de todas maneras, algunos polímeros exhiben ordenamiento parcial en regiones llamadas cristalitos.

Una sola macromolécula no cabrá en uno de esos cristalitos, así que se dobla sobre ella misma y a demás puede extenderse a lo largo de varios cristalitos.

Se distinguen regiones de dos clases: las cristalinas, en la que las cadenas dobladas varias veces en zigzag están alineadas formando las agrupaciones llamadas cristalitos; y otras regiones amorfas, en la que las cadenas se enmarañan en un completo desorden.

La proporción o porcentaje de zonas cristalinas puede ser muy alta, como en el polietileno, en el nylon y en la celulosa.

En esos casos puede considerarse que el material contiene una sola fase, que es cristalina, aunque con muchos defectos.

En otros polímeros, como el PVC, el grado de cristalinidad es mucho menor y es más razonable considerarlo como sistemas de dos fases, una ordenada, cristalina, embebida en una matriz amorfa.

Finalmente hay otros polímeros totalmente amorfos, como es el caso del poliestireno atáctico.
El grado de cristalinidad de los polímeros, que por su estructura regular y por la flexibilidad de sus cadenas tienen mayor tendencia a cristalizar, depende de las condiciones de la cristalización. Si el polímero cristaliza a partir del material fundido, habrá más imperfecciones porque las cadenas se enredan y el medio es muy viscoso, lo cual dificulta el ordenamiento de ellas. En cambio, si el polímero cristaliza de una solución diluida, es posible obtener cristales aislados, con estructuras bien definidas como en el caso del polietileno, de donde se distinguen las llamadas lamelas formada por cadenas dobladas muchas veces sobre sí mismas.

En estos casos, si la solución contiene menos de 0,1 % de polímero, la posibilidad de que una misma cadena quede incorporada a varios cristales se reduce o se elimina.

La cristalización a partir del polímero fundido conduce a la situación descripta anteriormente, en la que se tendrán dos fases: cristalina y amorfa, con algunas cadenas participando en varios cristalitos, actuando como moléculas conectoras. También es frecuente que los cristalitos mismos se agrupen radicalmente a partir de un punto de nucleación y crezcan en él en forma radical, formando esferulitos.

Un enfriamiento muy rápido puede reducir considerablemente el grado de cristalinidad.
Los cristalitos también pueden agruparse de otras maneras, generando fibrillas; la formación de fibrillas en lugar de esferulitos, dependerá de factores tales como la flexibilidad de la cadena y las interacciones entre ellas, el peso molecular del polímero, la velocidad del enfriamiento y en muchos casos del tipo de esfuerzo del cual se somete al material durante el procesamiento.

Los cristales fibrilares pueden producirse en los procesos de inyección o de extrusión, o durante el proceso de estirado de algunos materiales que se emplean en la industria textil (nylon y poliésteres).

Diferencias con los sólidos cristalinos

La principal diferencia entre un sólido cristalino y un sólido amorfo es su estructura. En un sólido cristalino existe una ordenación de los átomos a largo alcance, mientras que en los sólidos amorfos no se puede predecir donde se encontrará el próximo átomo. En este hecho se basan los diferentes métodos de diferenciación entre ambos tipos de sólido, que en algunos casos no es fácil de establecer a simple vista. Dichos métodos de diferenciación incluyen:

Difracción

La difracción consiste en enviar un haz de radiación sobre el sólidos y tomar medidas a diferentes ángulos en un amplio rango angular, con el objetivo de deducir la disposición de los átomos en el sólido objeto de estudio. Los picos que aparecen en el diagrama de difracción (difractograma), corresponden a la diferencia constructiva del haz de radiación con un plano atómico, es decir, cuando se cumple la ley de Bragg (permite estudiar las direcciones en las que la difracción de rayos X sobre la superficie de un cristal produce interferencias constructivas).

Existen diferentes métodos de difracción, que dependen del tipo de sonda enviada hacia la muestra. Los tres tipos de sonda más utilizados en difracción son los rayos X, los de neutrones y los de electrones. Las diferencias entre ellos se establecen en la longitudes de onda y el mecanismo de interacción. De estos tres tipos de difracción, la más habitual para el estudio de los sólidos es la de rayos X.

En un sólido cristalino la disposición de sus átomos guarda una simetría. Por esa razón, su diagrama de difracción por rayos X muestra varios picos muy bien definidos a unos ángulos determinados. Con los datos de la intensidad y de la posición angular, así como las fórmulas de interacción entre rayos X y el sólido, se puede calcular la posición de los átomos en ese sólido.
En un sólido amorfo, los átomos están colocados al azar, debido a lo cual, en su diagrama de difracción se observan pocos picos, en general uno, que se caracteriza por una gran anchura angular. Analizando la anchura angular del pico junto con la intensidad y el tipo de interacción, se puede obtener la función de distribución radial, que da la distancia a primeros vecinos de encontrar un nuevo átomo.

Calorimetría

La calorimetría consiste en medir la cantidad de calor captado o cedido por el sólido estudiado en el momento de solidificación. En un sólido amorfo, la disposición irregular de sus átomos hace que posea una alta entropía (alto desorden) con respecto al sólido cristalino, que está perfectamente ordenado. A la hora de la cristalización, esta alta entropía hace que la variación de calor sea muy suave y por lo tanto esté muy extendido en un gran rango de temperaturas. Sin embargo, el calor específico del sólido cristalino durante la cristalización muestra un pico estrecho bien definido a una temperatura concreta, que corresponde a la temperatura de cristalización.

SOLIDOS AMORFOS

Los sólidos amorfos están formados por partículas que carecen de una estructura ordenada, formas y caras bien definidas. La estructura amorfa se presenta como un amontonamiento de subestructuras idénticas que siguen líneas quebradas al azar y el orden es de corto alcance.

Si un sólido se forma rápidamente (por ejemplo, cuando un líquido 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.

Muchos sólidos amorfos son mezclas de moléculas que no se pueden apilar bien. Entre los sólidos amorfos más conocidos destaca el vidrio.

El vidrio (SiO2) es un sólido amorfo con la estructura de un líquido. Técnicamente, un vidrio es un producto inorgánico de la fusión que se ha enfriado a una velocidad demasiado elevada para permitir la formación de cristales. Tiene las características de ser un material duro, frágil y transparente que se usa para la elaboración de ventanas, lentes, botellas y una gran variedad de productos.


Entre los sólidos amorfos orgánicos hay una gran variedad de polímetros de los cuales tenemos como ejemplo el poliestireno que es un polímetro termoplástico que se obtiene de la polimerización del estireno. Propiedades de los sólidos amorfos

Las moléculas de los sólidos amorfos están distribuidas al azar y las propiedades físicas del sólido son idénticas en todas las direcciones (isotropía).

Las formas amorfas tienen una temperatura característica a la cual sus propiedades experimentan cambios importantes. Esta temperatura se conoce como temperatura de transición vítrea. La temperatura de transición a vidrio de un material amorfo puede reducirse añadiendo moléculas pequeñas, denominadas "plastificadores", que se adaptan entre las moléculas vítreas y les proporciona mayor movilidad.

Una consecuencia directa de la disposición irregular de las partículas en un sólido amorfo, es la diferencia de intensidad que toman las fuerzas intermoleculares entre las mismas, de ahí que la fusión se alcance a distintas temperaturas, según la proporción de las distintas partículas que forman la muestra. De ello se deduce que un sólido amorfo no tiene un punto de fusión definido, sino que dicha transformación acontece en un intervalo de temperatura. Cuando se calienta un sólido amorfo, la sustancia no manifiestan un punto de fusión, aunque se ablandan progresivamente aumentando su tendencia a deformarse. En contraste, la temperatura de fusión de un sólido cristalino es precisa y está bien definida.

En cuanto a sus propiedades elásticas, se puede afirmar que los sólidos amorfos manifiestan las propiedades de los cristales. Por ejemplo, al aplicar una carga a un material amorfo en un intervalo racionado de tiempo, la sustancia desarrollará una deformación pseudo-permanente, es decir, fluirá como si fuera un líquido de viscosidad muy alta.
Respecto al magnetismo, los metales amorfos presentan las propiedades magnéticas más notables, comportándose como materiales ferromagnéticos (aquellos en los que se produce un ordenamiento magnético de todos los momentos magnéticos en la misma dirección y sentido).

Aplicaciones

Debido a sus propiedades mecánicas, hay un gran número de sólidos amorfos que se emplean como materiales para la industria y la construcción.

Los óxidos amorfos, gracias a su transparencia, solidez y facilidad para darle forma en láminas grandes, se emplean profusamente como vidrio de ventana. Ciertos polímeros orgánicos, en virtud de su resistencia y peso ligero y fácil procesamiento, se emplean como materiales estructurales (plásticos). Existen semiconductores amorfos que se emplean en las memorias de ordenador y en células solares gracias a sus propiedades ópticas fotovoltaicas y en la facilidad para crear películas delgadas de gran superficie. Los metales amorfos se emplean en núcleos de transformadores gracias a su ferromagnetismo, bajas pérdidas y la posibilidad de formar cintas largas. El calcogenuro amorfo se emplea en xerografía en virtud de su fotoconductividad y la posibilidad de formar películas de gran área.

http://www.amazings.com/ciencia/noticias/010908d.html

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:

http://www.youtube.com/watch?v=5YzB8yKtcRA