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• 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 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.

• Estado Sólido


Los sólidos se caracterizan por tener forma y volumen constantes. Esto se debe a que las partículas que los forman están unidas por unas fuerzas de atracción grandes de modo que ocupan posiciones casi fijas.
En el estado sólido las partículas solamente pueden moverse vibrando u oscilando alrededor de posiciones fijas, pero no pueden moverse trasladándose libremente a lo largo del sólido.
Las partículas en el estado sólido propiamente dicho, se disponen de forma ordenada, con una regularidad espacial geométrica, que da lugar a diversas estructuras cristalinas.

• Estado Sólido Amorfo

El sólido amorfo es un estado sólido de la materia, en el que las partículas que conforman el sólido carecen de una estructura ordenada. Estos sólidos carecen de formas y caras bien definidas. Esta clasificación contrasta con la de sólidos cristalinos, cuyos átomos están dispuestos de manera regular y ordenada formando redes cristalinas.
Muchos sólidos amorfos son mezclas de moléculas que no se pueden apilar bien. Casi todos los demás se componen de moléculas grandes y complejas. Entre los sólidos amorfos más conocidos destaca el vidrio.
Un mismo compuesto, según el proceso de solidificación, puede formar una red cristalina o un sólido amorfo. Por ejemplo, según la disposición espacial de las moléculas de sílice (SiO2), se puede obtener una estructura cristalina (el cuarzo) o un sólido amorfo (el vidrio).

• Obtención de sólidos amorfos

Los sólidos amorfos se pueden formar, en condiciones naturales, si crecen en condiciones donde no existe suficiente movilidad de los átomos. En el año 1969, David Turnbull escribió que "probablemente todos los materiales pueden, si se enfrían con la suficiente rapidez y lejanía de la temperatura crítica, ser trasformados en sólidos amorfos".

Artificialmente, existen varios métodos de obtención de sólidos amorfos. El método más antiguo y más empleado es el de la fundición templada, del que se conocen algunas variedades:

-Bloque congelado: Esta técnica necesita de un alto rango de temperaturas para el enfriamiento y formar una aleación metálica. Un chorro de metal fundido es propulsado contra la superficie de un cilindro de cobre, el cual se encuentra en rápida rotación, lo que obliga al líquido a enfriarse (a temperatura ambiente o menor). Dentro de la técnica del bloque congelado, se distingue entre splat-cooling y el templado giratorio de extracción.

-Templado con líquido: Esta técnica puede ser utilizada para el enfriamiento de líquidos, utilizando baños de hielo en los cuales se introducen pequeñas cantidades de fundido; permite enfriar con rangos de velocidad altos.

-Templado al aire: Esta técnica puede ser utilizada para materiales con tendencia a la formación de sólidos amorfos. Se puede obtener la fundición con enfriamiento lento, lo cual se consigue apagando el horno. Sólidos amorfos obtenidos mediante este método son SiO2, As2S3 y poliestireno.

-Condensación del vapor: Esta técnica comienza cuando el vapor formado en una cámara de vacío, por la evaporación del material, choca con una superficie fría, obteniéndose una sustancia amorfa.

• Aplicaciones

Debido a sus propiedades mecánicas, hay un gran número de sólidos amorfos que se emplean como materiales para la industria y la construcción.

Los óxidos amorfos, gracias a su transparencia, solidez y facilidad para darle forma en láminas grandes, se emplean profusamente como vidrio de ventana. Ciertos polímeros orgánicos, en virtud de su resistencia y peso ligero y fácil procesamiento, se emplean como materiales estructurales (plásticos). Existen semiconductores amorfos que se emplean en las memorias de ordenador y en células solares gracias a sus propiedades ópticas fotovoltaicas y en la facilidad para crear películas delgadas de gran superficie. Los metales amorfos se emplean en núcleos de transformadores gracias a su ferromagnetismo, bajas pérdidas y la posibilidad de formar cintas largas. El calcogenuro amorfo se emplea en xerografía en virtud de su fotoconductividad y la posibilidad de formar películas de gran área.


Link relacionado:

http://www.mitecnologico.com/Main/EstructuraAmorfa

• Estado Sólido Cristalino

Un sólido cristalino es aquél que tiene una estructura periódica y ordenada, como consecuencia tienen una forma que no cambia, salvo por la acción de fuerzas externas. Cuando se aumenta la temperatura, los sólidos se funden y cambian al estado líquido. Las moléculas ya no permanecen en posiciones fijas, aunque las interacciones entre ellas sigue siendo suficientemente grande para que el líquido pueda cambiar de forma sin cambiar apreciablemente de volumen, adaptándose al recipiente que lo contiene.

En fìsica del estado sòlido y quìmica, un cristal es un sólido homogéneo que presenta una estructura interna ordenada de sus partículas reticulares, sean àtomos, iones o molèculas. La palabra proviene del griego crystallos, nombre que dieron los griegos a una variedad del cuarzo, que hoy se llama cristal de roca.

Aunque el vidrio se le suele confundir con un tipo de cristal, en realidad el vidrio no posee las propiedades moleculares necesarias para ser considerado como tal. El vidrio, al contrario de un cristal, es amorfo.

En un cristal, los átomos e iones se encuentran organizados de forma simétrica en celdas elementales, que se repiten indefinidamente formando una estructura cristalina. Un cristal suele tener la misma forma de la estructura cristalina que la conforma.

Del estudio de la estructura, composición, formación y propiedades de los cristales se ocupa la Cristalografìa.

Los cristales se distinguen de los sólidos amorfos no solo por su geometría regular, sino también por la anisotropìa de sus propiedades (que no son las mismas en todas las direcciones) y por la existencia de elementos de simetrìa. Como ha demostrado el estudio de sus estructura gracias a la difracción de rayos X, los cristales están formados por la unión de partículas dispuestas de forma regular siguiendo un esquema determinado que se reproduce, en forma y orientación, en todo el cristal y que crea una red tridimencional (estructura reticular).

Estas partículas pueden ser átomos unidos por enlaces covalentes (diamante y metales) o iones unidos por electrovalencia (cloruro de sodio).

Link relacionado:

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_cristalino

Diferencias entre sólidos cristalinos y amorfos

La principal diferencia entre un sólido cristalino y un sólido amorfo es su estructura. En un sólido cristalino existe una ordenación de los átomos a largo alcance, mientras que en los sólidos amorfos no se puede predecir donde se encontrará el próximo átomo. En este hecho se basan los diferentes métodos de diferenciación entre ambos tipos de sólido, que en algunos casos no es fácil de establecer a simple vista. Dichos métodos de diferenciación incluyen: • Difracción La difracción consiste en enviar un haz de radiación sobre el sólidos y tomar medidas a diferentes ángulos en un amplio rango angular, con el objetivo de deducir la disposición de los átomos en el sólido objeto de estudio. • Calorimetría La calorimetría consiste en medir la cantidad de calor captado o cedido por el sólido estudiado en el momento de solidificación. En un sólido amorfo, la disposición irregular de sus átomos hace que posea una alta entropía (alto desorden) con respecto al sólido cristalino, que está perfectamente ordenado.

• Minerales

Un mineral es un sólido homogéneo, inorgánico. Que se presenta de manera natural y que posee una estructura atómica ordenada y una composición química definida o que varia dentro de ciertos límites, lo que le confiere una serie de propiedades físicas y características determinadas.

Esta definición excluye productos obtenidos artificialmente y ciertas sustancias que algunos autores consideran verdaderos minerales, mientras que otros las denominan mineraloides. Tal es el caso de las sustancias amorfas que carecen de estructura interna ordenada. Como por ejemplo el ópalo y la calcedonia; o de sustancias en estado liquido (petróleo), o gaseoso (metano). Esta definición es también ambigua en el sentido de que existen algunos minerales, por ejemplo la calcita (CaCO3), que puede ser producida por organismos vivos y que en nada difiere de la calcita formada por procesos naturales en los que no hay organismos implicados.

Vemos, por lo tanto, que la definición de mineral es compleja ya que no se ha alcanzado un consenso respecto al significado exacto del término . En nuestro caso no entraremos en una discusión en profundidad de esta definición y utilizaremos este término según la definición presentada al comienzo de este apartado ya que engloba la mayoría de los, aproximadamente, 3000 minerales reconocidos hasta la actualidad.

Una vez definido el término mineral, una roca puede considerarse, simplemente, como un agregado o asociación de uno o más minerales que conservan individualmente sus propiedades.

Una roca estará caracterizada por la presencia de determinados minerales, en proporciones distintas dentro de cada tipo de roca. Una roca puede estar formada por un solo mineral (yeso, caliza) o por varios minerales (granito).

Los minerales pueden formarse por cristalización a partir de fluidos o por transformaciones en estado sólido. El primer caso incluye:

a)- enfriamiento de materiales fundidos de origen magmático (olivino, piroxenos)

b)- evaporación a partir de una disolución acuosa (halita, yeso)

c)- por sublimación de vapores (azufre)

En el segundo caso, las transformaciones se producen por cambios en las condiciones ambientales, básicamente presión y temperatura.

La importancia del estudio de los minerales radica en el hecho de que, además del valor económico que puedan tener (piedras preciosas, menas, etc.), constituyen un criterio de clasificación de las rocas y, sobre todo, porque proporcionan información sobre las condiciones en las que los minerales, y las rocas que los contienen, se han formado. Así, por ejemplo, a partir del estudio de los minerales formados en zonas profundas podemos deducir las condiciones físico-químicas que imperan en estas zonas, inaccesibles a la observación a la observación directa. Por otro lado, el estudio de minerales formados en condiciones superficiales nos puede ayudar a determinar las condiciones que predominaron en la superficie de la tierra en épocas pasadas. Podemos, por ejemplo, deducir la composición del agua de mares antiguos, a partir de los minerales que se formaron por evaporación de esta agua, o deducir variaciones paleo climáticas a partir de minerales que se formaron por alteración de rocas superficiales.

link relacionado:

http://www.uned.es/cristamine/mineral/quimica/quim_intr.htm