1.- Elementos de simetría

Esta disposición ordenada hace que aparezcan elementos geométricos de simetría tales como ejes, planos y centros de simetría (fig. 3a). En efecto, los cristales tienen ejes de simetría, que son lineas imaginarias que atraviesan el cristal en una posición tal que al girara el cristal alrededor del eje se repite un mismo motivo un numero determinado de veces en rotación de 360º (fig. 3a). Observando la figura 3b vemos que al efectuar giros de alrededor de los ejes AA', un mismo motivo se repite cuatro veces (eje cuaternario), mientras que si efectuamos el mismo giro alrededor de BB', el mismo motivo se repite tres veces (eje ternario)o dos veces alrededor de CC' (eje binario) (fig. 3b).

El plano P (fig. 3a) divide el cristal en dos partes iguales, cada una de las cuales es la imagen especular perfecta de la otra; en esta posición existe un plano se simetría (fig. 3a y c). Por ultimo, alrededor de C existe la misma disposición material, motivando la aparición de un centro simetría (fig. 3b).

En los cristales estos elementos regulan la disposición de las caras, aristas y vértices, de forma que el estudio detallado de los mismos nos permite determinar la simetría que posee el cristal. Los elementos de simetría que, solos o combinados entre sí, pueden aparecer en los cristales son siete: cinco ejes de simetría de orden binario, ternario, cuaternario y senario, plano se simetría y centro de simetría.

Fig 3: Disposición ordenada de los cristales.

El sistema cubico se

caracteriza por poseer cuatro ejes ternarios equidistantes entre si (BB'), que dan origen a seis ejes binarios (CC') normales entre sí y equidistantes de los ternarios y que pasan a tres ejes cuaternarios (AA') en las clases de mayor simetría de este sistema.

En el caso de los planos de simetría del cubo existen tres planos de simetría normales a los ejes cuaternarios y seis planos de simetría normales a los ejes binarios y centro de simetría.

- Cristalografía

A diferencia de los líquidos y gases, en la mayoría de los solidos las partículas elementales que los forman (átomos, iones, grupos iónicos o moléculas) tienen una disposición interna ordenada, que caracteriza al solido cristalino. La forma externa ideal de un solido cristalino es un cristal, que es un solido geométrico regular,limitado por superficies planas (caras) que se cortan a lo largo de lineas rectas (aristas), que, a su vez, convergen unas con otras formando ángulos determinados (fig. 2),

Los cristales desarrollan su forma externa durante el proceso de criatalización, en el cual los átomos, iones o moléculas se van integrando u encajando dentro de un armazón tridimensional o edificio cristalino. Una vez nucleado el cristal y asumiendo que se han alcanzado las condiciones adecuadas de quimismo, presión y temperatura, el grado de crecimiento dependerá básicamente del tiempo y espacio disponible para su desarrollo. Si el cristal dispone de un espacio reducido, limitado por la existencia de otros cristales, el borde exterior del cristal se ajustara a la superficie irregular disponible, con lo cual no se observara la verdadera forma del cristal. A pesar de ello, la estructura interna se ajustara exactamente a la disposicion ordenada de las partículas dentro del edificio cristalino.

Fig. 2: Cristales de fluorita. Ejemplo de sólido cristalino.

1.- Los edificios iónicos

En los edificios iónicos, los átomos se mantienen en sus posiciones gracias a la atracción electrostática que se establece entre los iones de carga opuesta, es decir, entre aniones, iones con carga negativa, y cationes, iones con carga positiva. El enlace iónico se caracteriza por la transferencia de uno o más electrones de un átomo a otro, que deja iones de carga opuesta en

contacto, produciendo un enlace químico muy fuerte (fig. 6). Este tipo de enlace aparece en un gran numero de minerales tales como: carbonatos, sulfatos, algunos óxidos, halogenuros, sulfuros, etc. Un ejemplo típico es la sal común o halita (NaCl), donde los iones Cl- y N

a+ se distribuyen en posiciones alternantes (fig. 6b) En la capa externa del anión Cl- hay un electrón en exceso, tomado de la capa más externa del catión Na+, que ha quedado con un electrón menos, y, por tanto, con carga positiva (fig. 6a).

Fig. 6 : Enlace iónico.

a) Ejemplo de enlace iónico entre un átomo de sodio (Na) y uno de cloro (Cl). El átomo de Na cede un electrón de su orbital más externo al átomo de Cl, formándose iones cargados eléctricamente (Na+ y Cl-) que se unen por la atracción electrostática que se establece entre los iones de carga opuesta.

---------------------------------------------- a)

En estos edificios los cationes, que ocupan una posición central (fig. 7b), están rodeados por un numero determinado de iones que difiere de la coordinación o numero de coordinación de ese catión. En general, se conserva una tendencia clara a que los iones se agrupen en estructuras lo más densas posibles; en cualquier caso, el tamaño relativo de los iones influye en la disposición espacial que adopten (fig. 7a y b). Por lo tanto, el numero de coordinación depende de la relación del radio del catión y los aniones que lo rodean, siendo el radio iónico la distancia desde el centro del núcleo del átomo hasta el orbital más externo. Un catión central grande puede estar rodeado de un mayor numero de aniones que un catión de radio pequeño (fig. 7b). Así por ejemplo, un numero de coordinación 4 indica que existen cuatro aniones alrededor de un catión central. La figura 7c resume las estructuras tridimensionales (poliedros de coordinación) más frecuentes.

b)

Fig 7: Tamaño de los iones.

a) Tamaño de los iones de los elementos más abundantes (un ángstorm, A, equivale a 10-10 metros).

b) Diagrama ilustrado cómo el tamaño relativo de los iones influye en la ordenación tridimensional que adoptan.

c) Poliedros de coordinación que se observan con más frecuencia en los minerales.

c)

2.- Los edificios covalentes

En los edificios covalentes, los átomos se enlazan compartiendo uno o varios pares de electrones, cuyos orbitales comunes ejercen la acción de enlace. Es frecuente entre entre elementos electronegativos, que ceden con dificultad sus electrones. Debido a que los átomos comparten parte de sus envolturas externas de electrones, el enlace covalente es el más fuerte que existe y suele estar dirigido en determinadas direcciones (fig. 8). El diamante es un mineral típico con enlaces covalentes, en el que el átomo central comparte un electrón con cada uno de los átomos que lo rodean y que están localizados en los vértices de un tetraedro.

Fig. 8 : Enlace covalente. En el enlace covalente, los átomos se unen compartiendo pares de

electrones de sus capas más externas.

a y b) Dos átomos de hidrógeno (a) y dos átomos de oxigeno (b) se unen, mediante enlace covalente, para formar una molécula de y otra de oxigeno.

c) Dos átonos de hidrógeno (H) y uno de oxigeno (O) se unen para formar una molécula de agua.

d) Tres átonos de hidrógeno se unen con uno de nitrógeno (N) para formar una molécula de amoniaco.

e) Cuatro átomos de hidrógeno unidos con un átomo de carbono (C) forman una molécula de metano.

5.- Los edificios mixtos

Es muy frecuente que en un mismo edificio cristalino los átonos, iones o moléculas estén unidos mediante distintos tipos de enlaces, como es el caso, por ejemplo, del grafito (fig. 9). Este mineral contiene únicamente átonos de carbono (C) dispuestos en una estructura laminar. En cada lamina, los átomos de carbono se unen mediante enlaces covalentes de forma que las laminas son muy fuertes y flexibles, mientras que el enlace que prevalece entre las laminas es un enlace muy débil que facilita el deshojamiento o encamación de esas laminas (fig. 9), de ahí que la exofoliación sea perfecta a lo largo de

estos planos.

Fig. 9: Disposición de los átomos de carbono (C) en el grafito. En las láminas, los átomos de C se unen mediante enlaces covalentes, mientras que las laminas se unen mediante enlaces moleculares, La debilidad del enlace que une las laminas hace que se puedan separar fácilmente y que la exfoliación de este mineral sea perfecta.

3.- Los edificios metálicos

Los nudos de la red cristalina están ocupados por núcleos atómicos rodeados por una nube de electrones, con gran movilidad, que no pertenecen a ningún átomo en concreto, pero que son comunes a todos ellos. Son propios de elementos poco electronegativos, que liberan con facilidad los electrones de sus orbitales más externos. Se suelen dar en metales, aleaciones naturales y algunos sulfuros y arseniuros. La gran movilidad de los electrones les confiere una gran conductividad eléctrica y térmica.

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 electro térmica.

¿Que es un Sólido?

Estado de agregación de la materia en el que los sólidos poseen un tamaño y forma definidos, debido a que sus átomos están muy próximos y ligados por fuerzas de cohesión muy considerables. Dichos átomos constituyentes presentan únicamente una ligera vibración respecto de su posición media.

Si las moléculas del sólido ocupan lugares en el espacio distribuidos de forma regular (o sea, se repiten periódicamente),éste se llama sólido cristalino, lo que confiere al cuerpo la capacidad de soportar fuerzas sin deformación aparente; son por tanto agregados generalmente rígidos, duros y resistentes.

Si la disposición no tiene regularidad se denomina sólido amorfo.

QUÍMICA DEL ESTADO SOLIDO.

La química del estado sólido es el estudio de los materiales sólidos, sean de base molecular, metálica, cristalina o cerámica. La química del estado sólido estudia tanto la síntesis química como la estructura y las propiedades físicas (eléctricas, magnéticas, ópticas, térmicas y mecánicas) de los sólidos. De esta forma, tiene un solapamiento intenso con la física del estado sólido, la mineralogía, la cristalografía, la cerámica, la metalurgia, la termodinámica, la ciencia de materiales y la electrónica.