Un cuerpo sólido

Un cuerpo sólido es uno de los cuatro estados de agregación de la materia más conocidos y observables (siendo los otros gas, líquido y el plasma). Se caracteriza porque opone resistencia a cambios de forma y de volumen. Sus partículas se encuentran juntas y correctamente ordenadas. Las moléculas de un sólido tienen una gran cohesión y adoptan formas bien definidas. Existen varias disciplinas que estudian los sólidos:

La física del estado sólido estudia de manera experimental y teórica la materia condensada, es decir, de líquidos y sólidos que contengan más de 1019 átomos en contacto entre sí.1

La mecánica de sólidos deformables estudia propiedades microscópicas desde la perspectiva de la mecánica de medios continuos (tensión, deformación, magnitudes termodinámicas, &c.) e ignora la estructura atómica interna porque para cierto tipo de problemas esta no es relevante.

La ciencia de materiales se ocupa principalmente de propiedades de los sólidos como estructura y transformaciones de fase.

La química del estado sólido se especializa en la síntesis de nuevos materiales.

Manteniendo constante la presión a baja temperatura los cuerpos se presentan en forma sólida y encontrándose entrelazados formando generalmente estructurascristalinas. Esto confiere al cuerpo la capacidad de soportar fuerzas sin deformación aparente. Son, por tanto, agregados generalmente rígidos, incompresibles (que no pueden ser comprimidos), duros y resistentes. Poseen volumen constante y no se difunden, ya que no pueden desplazarse.

El sólido más ligero conocido es un material artificial el aerogel con una densidad de 3 mg/cm³ o 3 kg/m³, el vidrio, que tiene una densidad de 1,9 g/cm³, mientras que el más denso es un metal, el osmio (Os), que tiene una densidad de 22,6 g/cm³.

Propiedades de los sólidos

Elasticidad: Un sólido recupera su forma original cuando es deformado. Un resorte es un objeto en que podemos observar esta propiedad ya que vuelve a su forma original.

Fragilidad: Un sólido puede romperse en muchos fragmentos (quebradizo).

Dureza: hay sólidos que no pueden ser rayados por otros más blandos. 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 bajo presiones extremas del medio.

Alta densidad: Los sólidos tienen densidades relativamente altas debido a la cercanía de sus moléculas por eso se dice que son más “pesados”

Flotación: 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.

Ductilidad: La ductilidad se refiere a la propiedad de los sólidos de poder obtener hilos de ellas.

Sistema cristalino

Un sólido cristalino se construye a partir de la repetición en el espacio de una estructura elemental paralelepipédica denominada celda unitaria. En función de los parámetros de red, es decir, de las longitudes de los lados o ejes del paralelepípedo elemental y de los ángulos que forman, se distinguen siete sistemas cristalinos:

Sistema cristalino Ejes Angulos entre ejes

Cúbico a = b = c α = β = γ = 90°

Tetragonal a = b ≠ c α = β = γ = 90°

Ortorrómbico a ≠ b ≠ c ≠ a α = β = γ = 90°

Hexagonal a = b ≠ c α = β = 90°; γ = 120°

Trigonal (o Romboédrica) a = b = c α = β = γ ≠ 90°

Monoclínico a ≠ b ≠ c ≠ a α = γ = 90°; β ≠ 90°

Triclínico a ≠ b ≠ c ≠ a α ≠ β ≠ γ

α, β, γ ≠ 90°

En función de las posibles localizaciones de los átomos en la celda unitaria se establecen 14 estructuras cristalinas básicas, las denominadas redes de Bravais.

Elementos de simetría

El tipo de sistema normal cristalino depende de la disposición simétrica y repetitiva de las caras que forman el cristal. Dicha disposición es consecuencia del ordenamiento interno de sus átomos y, por lo tanto, característico de cada mineral. Las caras se dispondrán según los elementos de simetría que tenga ese sistema, siendo uno de ellos característico de cada uno de los siete sistemas:

Sistema cristalino Elementos característicos

Cúbico Cuatro ejes ternarios

Tetragonal Un eje cuaternario (o binario derivado)

Ortorrómbico Tres ejes binarios o tres planos de simetría

Hexagonal Un eje senario (o ternario derivado)

Trigonal (o Romboédrica) Un eje ternario

Monoclínico Un eje binario o un plano de simetría

Triclínico Un centro de simetría o bien ninguna simetría

Tipos de empaquetamiento de sólidos

Empaquetamiento cúbico simple.

Se trata de esferas colocadas exactamente unas junto a las otras y unas encima de las otras. En una disposición así, las esferas ocupan el 52% del espacio disponible. La figura 3 muestra una representación de empaquetamiento cúbico de esferas.

Figura 3.  El apilamiento en posiciones A produce una red Cúbica Simple.

A cada esfera la rodean otras seis a iguales distancias, por lo que el número de coordinación entre ellas es de seis.

Entre cada 8 esferas hay un espacio vació o hueco, llamado también intersticio cristalino, que en esta disposición de esferas se denomina sitio cúbico. A este espacio lo rodean 8 esferas a distancias todas iguales del centro del sitio. Se dice que este sitio tiene número de coordinación igual a ocho.

El número de sitios cúbicos que se definen con este empaquetamiento es igual al número de esferas empaquetadas.

Se puede calcular que el tamaño del sitio cúbico es: r(cub) = 0,732 r(esfera)

El modelo de empaquetamiento cúbico simple de esferas se corresponde con el del retículo cúbico simple.

Empaquetamiento cúbico centrado en el cuerpo

Es una variante del anterior que supone una esfera adicional en el sitio cúbico del empaquetamiento

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