LOS SÓLIDOS CRISTALINOS
LOS SÓLIDOS CRISTALINOS
Red cristalina
Una red cristalina
es una disposición tridimensional de puntos en el espacio, donde cada punto
representa la posición de una partícula en la estructura del sólido. Estos
puntos están dispuestos de forma periódica, como una especie de malla invisible
que guía la colocación de las unidades estructurales del cristal.
Para visualizarlo, imaginemos un
papel cuadriculado que se repite infinitamente en todas direcciones; cada cruce
de líneas es un punto de red, y sobre esos puntos se colocan átomos o grupos de
átomos. Esta periodicidad permite que el cristal tenga una estructura simétrica
y uniforme, lo que influye directamente en sus propiedades físicas.
La unidad más pequeña que al
repetirse genera toda la red se llama célula unidad. Esta
célula contiene toda la información necesaria para reconstruir el sólido
completo, tal como una baldosa que se repite para cubrir un piso.
Sistemas cristalinos
Los cristales no adoptan cualquier
forma al azar. Existen sólo siete sistemas cristalinos
posibles que describen cómo pueden disponerse las partículas en el espacio de
acuerdo con sus longitudes de arista y los ángulos entre ellas. Cada sistema
cristalino se caracteriza por una forma geométrica específica de su celda
unidad. Los siete sistemas son:
1. Cúbico: todas las aristas son iguales y
todos los ángulos rectos (90°). Ejemplo: sal común (NaCl).
2. Tetragonal: dos aristas iguales y una
diferente; todos los ángulos rectos.
3. Ortorrómbico: todas las aristas de diferente
longitud; todos los ángulos rectos.
4. Monoclínico: todas las aristas de diferente
longitud; dos ángulos rectos y uno diferente.
5. Triclínico: todas las aristas y todos los
ángulos diferentes.
6. Trigonal
(o rómbico):
aristas iguales; ángulos iguales distintos de 90°.
7. Hexagonal: dos aristas iguales en la base, la
tercera diferente; ángulos de 90° y 120°.
Cada sistema cristalino representa
un tipo de simetría espacial y determina el tipo de redes posibles para cada
sustancia.
Redes de Bravais
El matemático francés Auguste
Bravais demostró en 1848 que, aunque hay siete sistemas cristalinos, existen 14
formas diferentes en que los puntos pueden disponerse de manera
tridimensional sin perder la periodicidad. Estas formas se conocen como las redes
de Bravais.
Estas 14 redes son combinaciones
posibles de los sistemas cristalinos y los tipos de centrado de la celda
unidad:
·
Primitiva (P): partículas solo en los vértices.
·
Centrada en el cuerpo (I): vértices y un punto en el centro
de la celda.
·
Centrada en las caras (F): vértices y puntos en el centro de
cada cara.
·
Centrada en una base (C): vértices y puntos en dos caras
opuestas.
Por ejemplo, en el sistema cúbico
existen tres tipos de redes de Bravais: cúbica simple (P), cúbica centrada en
el cuerpo (I) y cúbica centrada en las caras (F). Cada una de estas redes da
lugar a diferentes tipos de empaquetamientos de partículas, afectando
propiedades como la densidad y la estabilidad del cristal.
Para el sistema cúbico:
Propiedades de los sólidos
cristalinos
Los sólidos cristalinos presentan
una serie de propiedades características debido a su
estructura ordenada:
1. Anisotropía
Las propiedades físicas, como la
dureza, la conductividad térmica o eléctrica, y la velocidad de propagación de
la luz, pueden variar dependiendo de la dirección en la que se midan dentro del
cristal. Esta anisotropía se debe a la orientación
específica de las partículas en la red.
2. Punto de fusión
definido
A diferencia de los sólidos amorfos
(como el vidrio), los sólidos cristalinos tienen un punto de fusión
bien definido. Esto se debe a que la ruptura de la estructura
requiere una cantidad específica de energía para vencer las fuerzas de enlace
entre partículas organizadas regularmente.
3. Alta estabilidad
mecánica
La disposición simétrica y
repetitiva de las partículas proporciona a los sólidos cristalinos una resistencia
mecánica considerable. Muchos minerales y metales presentan
estructuras cristalinas que les otorgan dureza y resistencia a la deformación.
4. Propiedades
ópticas
Los sólidos cristalinos pueden
exhibir fenómenos como birefringencia o dispersión
de la luz, especialmente en cristales transparentes o
translúcidos como el cuarzo y el calcita. Estos efectos son consecuencia de la
interacción de la luz con la disposición interna de las partículas.
5. Cristalización
Los sólidos cristalinos pueden
formarse a partir de una solución o fundido,
mediante un proceso llamado cristalización. Este
proceso es fundamental en la obtención de materiales puros y en la
identificación de compuestos químicos.
Finalmente:
Los sólidos cristalinos representan una categoría fascinante de la materia. Su
estructura regular, determinada por redes cristalinas y sistemas bien
definidos, les confiere propiedades únicas que han sido fundamentales en el
desarrollo de la química, la física y la ingeniería de materiales. Comprender
los cristales no solo permite explorar la belleza del orden natural, sino
también diseñar nuevos materiales con aplicaciones tecnológicas avanzadas.
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