Propiedades de la materia: sólidos

Sólido es uno de los tres estados principales de la materia, junto con líquido y gas . La materia es la "materia" del universo, los átomos, moléculas e iones que componen todas las sustancias físicas. En un sólido, estas partículas están muy juntas y no pueden moverse libremente dentro de la sustancia. Movimiento molecular durantelas partículas en un sólido se limitan a vibraciones muy pequeñas de los átomos alrededor de sus posiciones fijas; por lo tanto, los sólidos tienen una forma fija que es difícil de cambiar. Los sólidos también tienen un volumen definido; es decir, mantienen su tamaño sin importar cómo seintenta cambiarlos.

Los sólidos se dividen en dos categorías principales, sólidos cristalinos y sólidos amorfos, según la disposición de las partículas.

sólidos cristalinos

cristalino los sólidos o cristales se consideran "sólidos verdaderos". Los minerales son sólidos cristalinos. La sal común de mesa es un ejemplo de este tipo de sólido. En los sólidos cristalinos, los átomos, iones o moléculas están dispuestos en un patrón ordenado y simétricoque se repite en todo el cristal. La estructura repetida más pequeña de un sólido se llama celda unitaria, que es como un ladrillo en una pared. Las celdas unitarias se combinan para formar una red llamada a celosía de cristal . Hay 14 tipos de celosías, llamadas celosías de Bravais que llevan el nombre de Auguste Bravais, un físico francés del siglo XIX, y se clasifican en siete sistemas de cristales según la disposición de los átomos. La página de ChemWiki en la Universidad deCalifornia, Davis enumera estos sistemas como cúbicos, hexagonales, tetragonales, romboédricos, ortorrómbicos, monoclínicos y triclínicos.

Aparte de la disposición regular de las partículas, los sólidos cristalinos tienen varias otras propiedades características. Generalmente son incompresibles, lo que significa que no se pueden comprimir en formas más pequeñas. Debido a la estructura geométrica repetitiva del cristal, todos los enlaces entre las partículas tienen igualesfuerza. Esto significa que un sólido cristalino tendrá un punto de fusión distinto, porque la aplicación de calor romperá todos los enlaces al mismo tiempo.

Los sólidos cristalinos también exhiben anisotropía . Esto significa que propiedades como el índice de refracción cuánta luz se dobla al pasar a través de la sustancia, la conductividad qué tan bien conduce la electricidad y la resistencia a la tracción la fuerza requerida para romperla variarán dependiendo de la dirección deque se aplica una fuerza. Los sólidos cristalinos también exhiben escote ; cuando se rompen, las piezas tendrán superficies cepilladas o bordes rectos.

Tipos de sólidos cristalinos

Hay cuatro tipos de sólidos cristalinos: sólidos iónicos, sólidos moleculares, sólidos covalentes de red y sólidos metálicos.

sólidos iónicos

Los compuestos iónicos forman cristales que están compuestos de iones con carga opuesta: una carga positiva catión y con carga negativa anión. Debido a la fuerte atracción entre cargas opuestas, se necesita mucha energía para superar los enlaces iónicos. Esto significa que los compuestos iónicos tienen puntos de fusión muy altos, a menudo entre 300 y 1,000 grados Celsius 572 a 1,832 grados Fahrenheit.

Si bien los cristales en sí son duros, quebradizos y no conductores, la mayoría de los compuestos iónicos se pueden disolver en agua, formando una solución de iones libres que conducirán la electricidad. Pueden ser sales binarias simples como cloruro de sodio NaCl o sal de mesa,donde un átomo de un elemento metálico sodio está unido a un átomo de un elemento no metálico cloro. También pueden estar compuestos de iones poliatómicos como NH₄ NO₃ nitrato de amonio. Los iones poliatómicos son grupos de átomos que comparten electrones llamados covalente unión y funcionan en un compuesto como si constituyesen un solo ion cargado.

sólidos moleculares

Los sólidos moleculares están compuestos de moléculas unidas covalentemente atraídas entre sí por fuerzas electrostáticas llamadas fuerzas de van der Waals, según Hiperfísica sitio web.Debido a que el enlace covalente implica compartir electrones en lugar de la transferencia directa de esas partículas, los electrones compartidos pueden pasar más tiempo en la nube de electrones del átomo más grande, causando una polaridad débil o cambiante.Esta atracción electrostática entre los dos polos dipolos es mucho más débil que los enlaces iónicos o covalentes, por lo que los sólidos moleculares tienden a ser más suaves que los cristales iónicos y tienen puntos de fusión más bajos muchos se derretirán a menos de 100 C o 212 F.La mayoría de los sólidos moleculares son apolares.Estos sólidos moleculares apolares no se disolverán en agua, pero se disolverán en un solvente apolar, como benceno y octano.Los sólidos moleculares polares, como el azúcar, se disuelven fácilmente en agua.Los sólidos moleculares no son conductores.

Los ejemplos de sólidos moleculares incluyen hielo, azúcar halógenos como cloro sólido Cl₂ y compuestos que consisten en un halógeno e hidrógeno como el cloruro de hidrógeno HCl.Las "buckybolas" de fullereno también son sólidos moleculares.

sólidos covalentes de red

En un sólido de red, no hay moléculas individuales. Los átomos están unidos covalentemente en una red continua, lo que da como resultado cristales enormes. En un sólido de red, cada átomo está unido covalentemente a todos los átomos circundantes. Los sólidos de red tienen propiedades similares asólidos iónicos. Son sólidos muy duros, algo frágiles con puntos de fusión extremadamente altos superiores a 1000 C o 1800 F. A diferencia de los compuestos iónicos, no se disuelven en agua ni conducen electricidad.

Los ejemplos de sólidos de la red incluyen diamantes, amatistas y rubíes.

sólidos metálicos

Los metales son sólidos opacos y brillantes que son a la vez maleables y dúctiles. Maleable significa que son blandos y se pueden moldear o presionar en láminas delgadas, mientras que dúctil significa que se pueden tirar para formar alambres. En un enlace metálico, los electrones de valencia no sondonados o compartidos, ya que están en enlaces iónicos y covalentes. Más bien, las nubes de electrones de los átomos adyacentes se superponen de modo que los electrones se deslocalizan. Los electrones se mueven con relativa libertad de un átomo a otro en todo el cristal.

Un metal puede describirse como una red de cationes positivos dentro de un "mar" de electrones negativos. Esta movilidad de electrones significa que los metales son altamente conductores de calor y electricidad. Los metales tienden a tener puntos de fusión altos, aunque las excepciones notables son el mercurio,que tiene un punto de fusión de menos 37,84 grados Fahrenheit menos 38,8 Celsius, y fósforo, con un punto de fusión de 111,2 F 44 C.

Una aleación es una mezcla sólida de un elemento metálico con otra sustancia. Mientras que los metales puros pueden ser demasiado maleables y pesados, las aleaciones son más trabajables. El bronce es una aleación de cobre y estaño, mientras que el acero es una aleación de hierro, carbono yotros aditivos.

sólidos amorfos

adentro amorfo sólidos literalmente "sólidos sin forma", las partículas no tienen un patrón de celosía repetido. También se denominan "pseudo sólidos". Entre los ejemplos de sólidos amorfos se incluyen vidrio , caucho, geles y la mayoría de los plásticos. Un sólido amorfo no tiene un punto de fusión definido; en cambio, se derrite gradualmente en un rango de temperaturas, porque los enlaces no se rompen todos a la vez. Esto significa que un sólido amorfo se fundirá enun estado suave y maleable piense en cera de vela o vidrio fundido antes de convertirse completamente en líquido.

Los sólidos amorfos no tienen simetría característica, por lo que no tienen planos regulares de hendidura cuando se cortan; los bordes pueden estar curvados. Se denominan isotrópico porque las propiedades como el índice de refracción, la conductividad y la resistencia a la tracción son iguales independientemente de la dirección en la que se aplica una fuerza.