Polimeros, Ceramicos Y Cristales

Cristales-

Definición: sólido compuesto de átomos arreglados en orden, en un modelo de tipo repetitivo. La distancia interatómica en un cristal de cualquier material definido es constante y es una característica del material. Debido a que el patrón o arreglo de los átomos es repetido en todas direcciones, existen restricciones definidas en el tipo de simetría que el cristal posee.

Estructura química:

La denominada estructura cristalina está caracterizada microscópicamente por la agrupación de iones, átomos o moléculas según un modelo de repetición periódica.

En los cristales, los átomos, los iones o las moléculas se empaquetan dando lugar a motivos que se repiten desde cada 5 Angstrom hasta las centenas de Angstrom (1 Angstrom = 10-8 cm), y a esa repetitividad, en tres dimensiones, la denominamos red cristalina. El conjunto que se repite, por traslación ordenada, genera toda la red (todo el cristal) y lo denominamos celdilla elemental ó celdilla unidad. Para generalizar, su contenido (átomos, moléculas, iones), o sea el motivo que se repite, puede describirse por un punto (el punto reticular) que representa a todos y cada uno de los constituyentes del motivo.

Se distinguen tres tipos de cristales según el tipo de enlace químico que se establece entre las partículas.

Cristales covalentes

La unión entre los átomos es mediante enlace covalente. Esto origina sólidos muy duros, de puntos de fusión y ebullición muy elevados y que no conducen la corriente eléctrica. Ejemplos de cristales covalentes: diamante, grafito, cuarzo

Cristales metálicos

Los átomos constituyentes están unidos por enlace metálico:

Los elementos metálicos poseen 1, 2 ó 3 electrones en la capa electrónica externa de sus átomos, los cuales están débilmente unidos al núcleo por lo que se pueden perder con facilidad. Cuando un conjunto de átomos de estos elementos se acercan hasta estar lo más cerca posible, las capas electrónicas externas se solapan por completo, haciendo que los electrones ya no estén asociados a un átomo en concreto, sino que son compartidos por todos los átomos del conjunto.

Los cristales metálicos tienen las siguientes propiedades:

Son sólidos cristalinos, excepto el mercurio, que es líquido.

Suelen ser bastante duros, al estar unidos los átomos de modo muy compacto.

Son maleables (obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa) y dúctiles (pueden estirarse sin romperse permitiendo obtener alambres o hilos), en mayor o menor grado, ya que es posible mover una capa de átomos sobre otra.

Cristales iónicos

Los átomos de ciertos elementos consiguen completar su última capa electrónica mediante la pérdida o ganancia de electrones:

Los elementos con pocos electrones en su última capa (como los metales), pueden perderlos fácilmente. El resultado es un ión (átomo con carga eléctrica neta distinta de 0) con cargas positivas de más: un catión.

Los elementos a los que le faltan pocos electrones para completar su última capa electrónica (como los no metales), tiene facilidad para atraer electrones hasta completarla. el resultado es un ión con exceso de cargas negativas: un anión.

Cuando los átomos de un metal y un no metal se encuentran, el primero cede electrones al segundo. Como resultado, el metal se convierte en catión y el no metal se convierte en anión, es decir, dos iones con cargas eléctricas opuestas que, en consecuencia, se atraen entre sí mediante fuerzas de atracción electrostática. Este tipo de enlace químico se conoce como enlace iónico.

Esta atracción no se limita a un solo ion, sino que cada uno se rodea del máximo número de iones de carga opuesta que pueden rodear a un ion en particular posible. El resultado es un cristal iónico.

Los cristales iónicos tienen las siguientes propiedades:

Sólidos a temperatura ambiente.

Puntos de fusión y ebullición elevados.

No conducen la corriente eléctrica en estado sólido, pero si lo hacen en disolución.

Usos en la ingeniería biomédica:

El conocimiento de la estructura tridimensional de moléculas mediante la difracción de rayos X, tiene amplias aplicaciones en las ciencias biomédicas, químico biológico y en la nanotecnología, además de un alto impacto en las industrias farmacológico, alimenticio y cosmetología.

El interés en determinar la estructura de macromoléculas como las proteínas, tiene que ver con las aplicaciones que pueden tener en las ciencias biomédicas, las químico biológicas, en las ciencias de los biomateriales e inclusive en la nanotecnología, con impacto en las industrias farmacológica, alimenticia y cosmetología.

Cristales de cuarzo usados como sensores: Mucho se habla de los poderes mágicos, incluso para sanar enfermedades, que tienen los cristales de cuarzo. Sin embargo, estos materiales tienen también poderes mágicos cuando se utilizan como dispositivos electrónicos. Es muy conocido que el cuarzo tiene vibraciones a determinadas frecuencias. Dichas vibraciones se deben a que, al estar conformados como cristales, los átomos que lo componen se encuentran enlazados en un orden determinado, lo cual permite que oscilen en determinadas direcciones. Las oscilaciones se realizan a una frecuencia bastante exacta y bien definida denominada frecuencia de resonancia, la cual está determinada también por la manera en que se corta el material. Los valores de las frecuencias de vibración se encuentran desde unos cuantas decenas de kilohertz (kHz) hasta cientos de megahertz (MHz). Debido al efecto piezoeléctrico, las vibraciones mecánicas de los átomos se transforman en vibraciones eléctricas, lo cual permite utilizar este material en dispositivos osciladores, frecuentemente usados en relojes, radios, computadoras y hasta en teléfonos celulares.

Los cristales de Charcot-Leyden son acúmulos de lisofosfolipasa que indican un proceso inflamatorio, usualmente alérgico, de hipersensibilidad, en el cual hay degranulación de los eosinófilos, de los basófilos o de ambos; cuando se identifican sugieren indirectamente la presencia de inflamación aguda alérgica, como la observada en el asma y los pólipos nasales, entre otras.

La hidroxiapatita en los tejidos mineralizados reviste una gran importancia ya que se ha demostrado que es un material bio, hexagonales, bipiramidales, dediversostamaños, compatible, con aplicación biomédica en Odontología, Ortopedia y Cirugía Máxilofacial. Es el cristal principal de huesos y dientes ya

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