Las propiedades físicas de un sólido

Sólidos

Las moléculas de todas las sustancias se atraen unas a otras. Si las fuerzas de atracción entre las partículas (átomos y moléculas) son lo bastante fuertes, éstas quedaran sujetas fuertemente formando una red o patrón. Esto es lo que llamamos sólido. Es aparente que un sólido no puede fluir como un líquido; la única forma en que se pueden mover las partículas de un sólido es por vibración. Por eso, un sólido es una sustancia (porción de materia) que tiene una forma y volumen fijos (cuando la temperatura sea constante).El estado sólido de los cuerpos se caracteriza porque la fuerza de cohesión molecular es mayor que la de expansión, de esto se derivan las siguientes propiedades:

Tienen forma definida. Las moléculas son rígidas, no fluyen, que sus desplazamientos son mínimos debido a que la fuerza de cohesión es mayor a la de expansión, y por eso la forma de los sólidos es siempre constante.

El volumen es constante. Las moléculas de los sólidos se encuentran unidas por fuertes fuerzas de atracción por lo que poseen movimientos vibracionales, en consecuencia, su volumen a temperatura ambiente es constante. Cuando la temperatura aumenta existe una pequeña variación de volumen, conocida como dilatación térmica.

Son incompresibles. Debido a que las moléculas se encuentran muy juntas, los espacios intermoleculares se han reducido al mínimo, no existe posibilidad de que los sólidos se compriman.

No se difunden. Esto se debe a que las moléculas no poseen movimiento de desplazamiento, su energía cinética es mínima, el movimiento es vibratorio alrededor de puntos fijos.

Cuando un sólido es expuesto al aumento de temperatura, o variaciones bruscas de presión, este puede volverse líquido, este cambio de estado se conoce como fusión. (La fusión es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia del estado sólido al estado líquido por la acción del calor).

Propiedades físicas:

Las propiedades físicas de un sólido están relacionadas directamente con su estructura:

Punto de fusión y estructura: Para que un sólido se funda es necesario superar, al menos parcialmente, las fuerzas de atracción que mantienen a las unidades estructurales en sus sitios. Por los tanto los sólidos moleculares suelen tener puntos de fusión bajos (por lo general menores que 300°C).

Para que los sólidos iónicos y los que forman redes covalentes se fundan, es necesario romper enlaces químicos. Por esta razón, los puntos de fusión de estos tipos de solidos son relativamente más altos. El punto de fusión del cloruro de sodio es 801°C mientras que el óxido de magnesio es 2800°C. Los puntos de fusión de los sólidos que forman redes covalentes suelen ser mucho más altos. Por ejemplo el cuarzo se funde a 1610°C y el diamante a 3550°C.

El punto d fusión aumenta conforme aumenta la energía de red, a su vez las energías de red dependen del producto de las cargas iónicas (y de manera inversa de la distancia entre las cargas).

Dureza y estructura: La dureza de un sólido depende de la facilidad con que se pueden mover las unidades estructurales ente sí; es decir, en qué tan intensas son las fuerzas de atracción entre las partículas. Por, lo tanto los cristales moleculares, que tienen fuerzas intermoleculares débiles son más blandos que los cristales iónicos, en los cuales las atracciones intermoleculares san más fuertes. El diamante y el carburo de silicio que forman redes covalentes tridimensionales, se encuentra entre las sustancias más duras que se conocen.

Conductividad eléctrica y estructura: Una de las propiedades características de los metales es su buena conductividad eléctrica. Los electrones de valencia des localizados pueden ser movidos con facilidad por un campo eléctrico y son los responsables de transportar la corriente eléctrica.

Solidos cristalinos, redes cristalinas y celdas unitarias:

Los sólidos pueden ser cristalinos o amorfos. Un sólido cristalino está compuesto de uno o más cristales, cada uno de los cuales tiene una estructura definida y bien ordenada en tres dimensiones. Ejemplo cloruro de sodio y la sacarosa.

Un sólido amorfo tiene una estructura desordenada; carece de un arreglo bien definido de sus unidades básicas (átomos, moléculas o iones). El vidrio es un sólido amorfo que se obtiene al enfriar un líquido de forma tan rápida que sus unidades estructurales se “congelan” en posiciones aleatorias antes de que puedan acomodarse en un arreglo cristalino ordenado.

Redes cristalinas:

Un cristal es un arreglo ordenado tridimensional de unidades básicas. (Estas pueden ser átomos, moléculas o iones, dependiendo del tipo de cristal.) La estructura ordenada de un cristal se puede describir en términos de una red cristalina. Una red cristalina es el arreglo geométrico de los puntos de red de un cristal, en donde cada punto de red marca la misma posición dentro de cada una delas unidades básicas del cristal. La red cristalina y la estructura cristalina no son las mismas, se puede construir la estructura cristalina a partir de su red cristalina

Red cristalina

Celdas unitarias:

Es la unidad más pequeña (similar a una caja cuyas caras son paralelogramos) a partir dela cual se puede construir un cristal apilando las unidades en tres dimensiones.

Estructuras de sólidos cristalinas:

Solido molecular: consiste de átomos o moléculas que se mantienen juntos mediante fuerzas intermoleculares (fuerzas de London). Por ejemplo, el neón sólido, el agua sólida, hielo seco. Éstas no tienes una dirección (a diferencia de los enlaces covalentes, que son direccionales) y la máxima atracción se obtiene cuando cada átomo se rodea de la mayor cantidad de otros átomos. Tienen bajos puntos de fusión, son solubles en disolventes no polares y no conducen la electricidad.

Sólido metálico: consiste de núcleos de átomos con carga positiva unidos entre sí mediante un “mar” de electrones (enlace metálico) que los rodea. En este tipo de enlace los electrones des localizados redan a los núcleos atómicos con carga positiva. Ejemplo, hierro, cobre, plata. Tienen puntos de fusión elevados, son insolubles en el agua y la mayoría de los disolventes orgánicos y son buenos conductores.

Solido iónico: La descripción de los cristales iónicos es complicada debido a que consiste de cationes y aniones unidos entre sí por la fuerza eléctrica de atracción entre cargas opuestas (enlaces iónicos) ejemplo, cloruro de cesio, el cloruro de sodio, y sulfato e cinc. ). Tienen puntos

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