Fisica General Burbano

250 ESTUDIO BÁSICO DE LA ESTRUCTURA DE LA MATERIA. MECÁNICA DE FLUIDOS
tante interacción, condicionando fuertemente su comportamiento; consecuentemente estas diferencia
de distancias intermoleculares en ambos estados hace que se diferencien en el orden de
magnitud de su densidad. Sin embargo esta diferencia no es tanta, sobre todo, en el paso del estado
líquido al gaseoso en el punto crítico (o próximo a él; ver párrafo XV-36), en el cuál cuando se
realiza éste, las condiciones son tales que en ningún momento podemos indicar donde termina un
estado y comienza el otro.
La propiedad general de los sólidos amorfos, líquidos y gases es el caos entre las moléculas
que lo forman, el cual acarrea la ISOTROPÍA: igualdad de propiedades en todas las direcciones. Esta
última propiedad diferencia cualitativamente a los sólidos amorfos (isótropos) de los sólidos cristalinos
(anisótropos) los cuales pasamos a describir a continuación.
ESTADO SÓLIDO: En un sólido las distancias existentes entre las partículas (átomos o moléculas
consideradas como un todo) que lo estructuran, son comparables a las dimensiones de éstas, por
lo que las fuerzas que forman sus enlaces son muy intensas, y en consecuencia, resisten a la acción
de las fuerzas exteriores normales a su superficie (comprensión) reaccionando con las fuerzas interatómicas
e intermoleculares de repulsión, y a las tangenciales (tracción) que equilibran las de cohesión.
Dentro de un cierto límite, en el cual el sólido no sufre ruptura, si las fuerzas externas provocan
alguna deformación y el sólido recupera su forma inicial al cesar éstas, decimos que se comporta
como un medio elástico*. En todos los casos, un sólido tiene en su estado natural un
volumen y una forma definida y ofrece una resistencia a cualquier modificación de ellos.
Los cuerpos sólidos pueden ser CRISTALINOS y AMORFOS. Los sólidos amorfos, salvando las diferencias
ya indicadas, se asemejan a los líquidos (se dice que son líquidos sobreenfriados), y las
partículas que los constituyen no se encuentran distribuidas de una forma regular, no teniendo ninguna
ley de simetría, presentando carácter isótropo.
La gran mayoría de los cuerpos sólidos se encuentran en estado cristalino y, bajo la influencia
de las fuerzas de enlace, las partículas que lo estructuran se reparten de forma que su estabilidad
sea la máxima posible (energía potencial mínima), distribuyéndose respetando una simetría característica
de sus átomos o moléculas, que se sitúan en los nudos de una red espacial geométricamente
regular, formando agrupamientos de éstos que llamamos REDES CRISTALINAS, pudiéndose obtener
cualquier cristal mediante la repetición múltiple en tres direcciones diferentes de un mismo
elemento estructural que llamaremos CÉLULA CRISTALINA ELEMENTAL. Según la forma de esta célula,
los cristales se clasifican en siete SISTEMAS CRISTALOGRÁFICOS, dependiendo cada uno de las diferentes
clases de simetría.
Condicionado a la naturaleza de las partículas situadas en los nudos de la red cristalina y del
carácter de las fuerzas que forman el enlace entre ellas, obtenemos cuatro tipos diferentes de redes
cristalinas; IÓNICAS, ATÓMICAS, METÁLICAS y MOLECULARES.
Decimos que una red es iónica o heteropolar cuando las fuerzas de enlace entre los átomos
que forman el cristal son esencialmente culombianas; por ejemplo, en los cristales de muchas sales,
los átomos llevan cargas eléctricas y son iones positivos (cationes) o negativos (aniones), alternándose
de manera que el cristal, en conjunto, es neutro; en su totalidad el cristal así formado puede
ser considerado como una gigantesca molécula (Fig. XII-3).
En el caso de los cuerpos sólidos químicamente sencillos, los átomos que ocupan los nudos de
la red espacial son neutros, la naturaleza de las fuerzas de enlace son también de carácter eléctrico
(pero no culombianas) su magnitud y descripción solamente son explicables en la mecánica cuántica,
estas redes las llamamos atómicas u homopolares (a este tipo pertenecen, por ejemplo, el carbono
en sus modalidades de grafito y diamante, los semiconductores tales como el Ge y el Si, ...).
La red es metálica, cuando en los nudos de la red cristalina
se encuentran los iones metálicos, representándonos sus electrones
«perdidos» al separarse de sus átomos como una «nube
electrónica» que, como un gas, se mueve entre los nudos de la
red en relativo desorden produciendo las fuerzas de enlace que
mantienen unidos a los iones positivos en la red, y no pudiendo
por la acción de los iones abandonar los márgenes del cristal.
En las redes moleculares, los nudos se encuentran ocupados
por moléculas orientadas de un modo determinado, las fuerzas
tienen su origen en los dipolos; estas moléculas poliatómicas y
su descripción y magnitud responden, de nuevo, a las explicaciones
que de ellas da la mecánica cuántica. Son redes moleculares,
por ejemplo, las de las siguientes sustancias: O 2
, H 2
, N 2
,
CO 2
, H 2
O, el hielo, los cristales orgánicos...
Los sólidos cristalinos se presentan en la naturaleza, o bien
en forma de cristales individuales regulares en todo su volumen,
y que pueden presentar grandes dimensiones, formándose solamente
en condiciones especiales de crecimiento y a los que Fig. XII-5.– Cristales de pirita.
lla-
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* Ver capítulo XIII.