En muchos casos una misma sustancia presenta una combinación de varios tipos de redes cristalinas , a menudo orientadas en planos o siguiendo un eje de simetría. En tales casos, la distribución de las redes y el predominio de una u otra determinará muchas propiedades de la sustancia, como la dureza o la conductividad eléctrica.
Un ejemplo típico de red mixta es el grafito, formado por átomos de carbono con enlace covalente muy fuerte distribuido en capas paralelas. Las conexiones entre las capas, sin embargo, son muy débiles, lo que permite separar láminas muy finas de este mineral con mucha facilidad.
Ejemplo de enlace mixto en el grafito. Los enlaces de Van de Waals, similares a los de los gases, mantienen unidas, a duras penas, las láminas de carbono.
En este caso, la red está formada por moléculas con carga neutra. La cohesión, muy débil, se basa en cargas eléctricas residuales de baja intensidad. Es característica de los compuestos orgánicos, aunque también existe en sustancias como el azufre.
Los cuerpos metálicos presentan un tipo de enlace de gran cohesión debido a que varios átomos comparten una nube de electrones que circulan de una órbita a otra sin pertenecer a un núcleo concreto. Esta propiedad, característica de elementos poco electronegativos, proporciona a los metales sus propiedades de dureza, tenacidad y gran conductividad electrotérmica.
En metales en estado sólido , los átomos se encuentran empaquetados relativamente muy juntos en una ordenación sistemática o estructura cristalina . Por ejemplo la disposición de los átomos del cobre en el cobre cristalino consiste que los átomos están tan juntos que sus electrones externos de valencia son atraídos por los núcleos de sus numeroso vecinos . En el caso del cobre sólido cada átomo está rodeado por otros 12 átomos más próximos . Los electrones de valencia no están por lo tanto asociados férreamente a un núcleo en particular y así es posible que se extiendan entre los átomos en forma de una nube electrónica de carga de baja densidad o gas electrónico. Los átomos en un enlace metálico sólido se mantienen juntos por enlace metálico para lograr un estado de más baja energía ( o más estable) . Para el enlace metálico no hay restricciones sobre pares electrónicos como en el enlace covalente o sobre la neutralidad de carga como en el enlace iónico . En el enlace metálico los electrones de valencia más externos de los átomos son compartidos por muchos átomos circundantes y de este modo , en general , el enlace metálico no resulta direccional .
En el enlace convalente dos o más átomos se mantienen cohesionados debido a que comparten un número par de electrones (de dos en adelante). Es un tipo de edificio químico muy corriente entre elementos electronegativos.
Por sus peculiares características, se trata del enlace químico más fuerteque se conoce, aunque la consistencia de la red depende en gran medida de la orientación de los enlaces. El enlace covalente es propio de algunos compuestos muy comunes, como el agua, el amoniaco, la molécula de oxígeno o el metano, y también se encuentra en la mayor parte de los minerales duros, como el diamante.
Estos edificios están formados por un número muy elevado de átomos iguales o distintos, unidos entre sí. Se trata de cristales cuyos átomos se enlazan covalentemente.
En general, estos edificios están formadas a partir de carbono o de silicio. El primero se presenta en forma de diamante (átomos de carbono unidos en las tres direcciones del espacio con geometría sp3), o gráfito (átomos de carbono con geometría sp2 formando hexágonos unidos en dos direcciones formando láminas), mientras que el segundo lo hace como sílice (SiO2) que forma minerales como cuarzo, ópalo, etc., e incluso la arena de las playas. Su estructura es tetraédrica con el silicio como átomo central.
Como consecuencia se hará preciso diferenciar las propiedades según a qué tipo de compuestos se refieran.
Este tipo de enlace se basa en el intercambio de electrones libres entre átomos con carga eléctrica (iones). Los iones pueden ser negativos (aniones) o positivos (cationes). El resultado es una conexión química muy fuerte debido a la atracción eléctrica mutua entre las cargas opuestas del anión y el catión.
En un enlace de este tipo el catión ocupa la posición central de la red y a su alrededor se dispone una cierta cantidad (número de coordinación) de aniones. La cantidad de aniones depende del tamaño relativo de éstos y del catión central, lo que se llama radio iónico. En términos generales, un catión grande suele disponer de una mayor cantidad de aniones a su alrededor.
Este tipo de enlace es característico de una serie de minerales muy comunes:
La cristaloquímica es una rama de la cristalografía que estudia la composición de la materia cristalina y su relación con la fórmula cristalográfica. Incluye el estudio de los enlaces químicos, la morfología y la formación de estructuras cristalinas, de acuerdo con las características de los átomos,iones o moléculas, así como su tipo de enlace.
Los cristales poseen propiedades químicas especiales que varían según el tipo de elemento presente en los nudos de la red. La clasificación de los cristales y su estudio de acuerdo a estas características es la materia de la que se encarga la cristaloquímica.
Podemos encontrar en los cristales, distintos de edificios tales como:
La cristalografía es el estudio del crecimiento, forma y geometría de los cristales.
En condiciones favorables cada elemento o compuesto químico tiende a cristalizarce con forma definida y característica.
Por ejemplo la sal tiende a formar cristales cúbicos , mientras que el granate a veces puede formar cristales cúbicos, pero generalmente puede formar decaedros(sólidos con 12 caras) o triaquisoctaedros (sólidos con 24 caras).
Sin embargo,a pesar de sus diferencias en su forma de cristalización, ambos cristalizan siempre en la misma clase y sistema.
Clases Cristalinas
Existen 32 clases cristalinas, donde sólo 12 de ellas incluyen a casi todos los minerales comunes. Algunas ni siquiera han sido observadas.
Estas clases se agrupan en 6 sistemas cristalinos,éstos se caracterizan por la longitud y posición de sus ejes.
Los minerales de cada sistema comparten entre sí algunas características de simetría y forma cristalina, además de muchas propiedades ópticas.
Los sistemas cristalinos tiene importancia para los mineralogistas y los gemólogos, ya que la especificación del sistema es necesaria para la descripcion de cualquier cristal.
Sistemas Cristalinos
Combinando los 7 sistemas cristalinos con las disposiciones de los puntos de red mencionados, se obtendrían 28 redes cristalinas posibles. En realidad, como puede demostrarse, sólo existen 14 configuraciones básicas, pudiéndose el resto obtener a partir de ellas. Estas estructuras se denominan Redes de Bravais.
En este estado, la moléculas, átomos o iones están unidas por fuerzas relativamente intensas formando un todo compacto.
La mayor proximidad entre sus partículas permite que entren en juego, las fuerzas de enlaces que ordenan el conjunto, dando lugar a una red cristalina. En ellas las partículas ocupan posiciones definidas y sus movimientos se limitan a vibraciones en torno a los vértices de la red en donde se hallan. Por esta razón las sustancias sólidas poseen forma y volumen propio.
La mayor parte de los sólidos en la naturaleza se encuentran como cristalinos, aunque esa estructura ordenada no se refleje en una forma geométrica regular que se ve a simple vista: ésto 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 esta red cristalina pueden ser átomos, moléculas o iones de ahí que no se pueda hablar en general de la molécula de un cristal, sino mas bien de un retículo elemental o celdilla unidad, que se repite una y otra vez en una estructura periódica o red cristalina.
Tipos de Sólidos Cristalinos
A) Sólidos iónicos
Características
Son duros y a la vez frágiles
Punto de fusión: alto
Son malos conductores de electricidad, pero en sus disoluciones presentan conductividad elevada.
Ejemplo; la sal.
B) Sólidos formados por moléculas apolares
Características
Son blandos como corresponde a la debilidad de las fuerzas de interacción entre ellas( fuerzas de Van der Waals)
Punto de fusión: bajo, lo que indica que solo a bajas temperaturas la fuerzas ordenadoras del enlace pueden predominar sobre el efecto disgregador del calor.
Su conductividad electrica es extremadamente baja, debido a la ausencia de cargas libres
Ejemplos; Cl2, H2, y CO2
C)Sólidos formados por moléculas polares
Características
Poseen características intermedias entre los sólidos iónicos y los sólidos apolares
Ejemplos, H2O
D) Sólidos metálicos
Características
Poseen un enlace metálico con un gas de electrones externos compartido
son buenos conductores de electricidad y calor
Son dúctiles y maleables
Punto de fusión: elevado
E) Sólidos Covalentes
Características Están formados por una red tridimensional de enlaces atómicos fuertes que dan lugar a propiedades específicas
Los sólidos son un grupo extenso pero se pueden clasificar en dos grandes grupos que son:
A) Sólidos Amorfos
Características
También se les puede denominar vidrios o líquidos sobreenfriados
No poseen estructura ordenada ni definida
La distribución interna de sus particulas es irregular y sus fuerzas de atracción internas son variables, debido a esto no tiene punto de fusión definido como los cristales.
Cuando estos sólidos se rompen lo hacen de forma irregular sin las características que la muestra original
En este tipo de sólidos sus partículas constituyentes presentan atracciones lo suficientemente eficaces como para impedir que la sustancia fluya, resultando una estructura rígida y mas o menos dura.
Estos sólidos no tiene un patrón o forma determinada
Reacción a la temperatura
A temperaturas altas los amorfos se transforman en líquidos y sus partículas constituyentes tienen libertad de movimiento, al disminuir lentamente la temperatura, la energía cinética de las partículas se va haciendo tan baja que se puede producir un acomodamientos entre ellas; peros si el enfriamiento se porduce rápidamente y por debajo del punto de fusión( sobreenfriamiento), se origina como resultado de las menores vibraciones, una constracción térmica que no permite el ordenamiento de las partículas, aumentando así la viscosidad y la sustancia adquiere las características de un sólido; rigidez, dureza, forma y volumen definido.
Ejemplos de Sólidos Amorfos:
Asfalto, ceras, brea, vidrio y la mayoría de los polímeros.
Los sólidos presentan una distribución regular de las partículas atómicas, iónicas o moleculares (los objetos sólidos tienen una estructura cristalina). Los sólidos se caracterizan por su resistencia a cualquier cambio de forma, resistencia que se debe a la fuerte atracción entre las moléculas que los constituyen.
Propiedades de los sólidos Los sólidos poseen un volumen característico, independiente del recipiente que los contiene y de los cambios de presión y temperatura, a menos que estos sean muy grandes, es decir, los sólidos son casi incompresibles y sus coeficientes de dilatación térmicas son muy bajos
Los sólidos poseen una velocidad de difusión tan baja que es prácticamente imperceptible, la razón principal para esto suceda radica en que los sólidos son generalmente imperfectos y presentan a veces algunos vacíos allí donde deberían haber átomos o moléculas, el movimiento a través de estos huecos permite que se produzca la difusión con una velocidad proporcional al numero de huecos por unidad de volumen.
Los sólidos forman cristales, es decir, presentan formas geométricas definidas características de cada sustancia (en el artículo se dedicara un espacio especial a las características de los cristales).
