Sólidos cristalinos: clasificación, enlaces y propiedades

Clasificación y Propiedades de los Sólidos Cristalinos

Un sólido cristalino es aquel que tiene una estructura periódica y ordenada, que se expande en las tres direcciones del espacio. Presentan una forma invariante, salvo por la acción de fuerzas externas.

Tipos de Sólidos Cristalinos

• Cristales Iónicos: Formados por aniones y cationes de distinto tamaño. Las fuerzas de cohesión son debidas a enlaces iónicos. Son duros y frágiles, tienen un elevado punto de fusión y son buenos conductores del calor y de la electricidad en estado líquido. Ejemplos: Al₂O₃, NaCl, sales.
• Cristales Covalentes: Las fuerzas de cohesión son debidas a enlaces covalentes. Son duros e incomprensibles, y son malos conductores del calor y de la electricidad. Ejemplos: Grafito, diamante, cuarzo (SiO₂).
• Cristales Moleculares: Constituidos por moléculas. La fuerza de cohesión se debe a puentes de hidrógeno y a las fuerzas de Van der Waals, que son de intensidad reducida. Son blandos, comprensibles y deformables. Tienen bajo punto de fusión y son malos conductores del calor y la electricidad. Ejemplos: SO₂, I₂, hielo.
• Cristales Metálicos: Cada punto de la red cristalina lo constituye un átomo del metal. Los electrones están deslocalizados, moviéndose por todo el cristal. Tienen buena resistencia ante esfuerzos externos y son buenos conductores del calor y la electricidad. Ejemplos: Li, Ca, Na.

Evaporación y Ebullición

La evaporación es un cambio de estado que se da a cualquier temperatura y en la superficie del sistema. La ebullición ocurre cuando la tensión de vapor de un líquido iguala a la presión atmosférica; entonces, no se evapora solamente desde su superficie, sino que cualquier molécula puede pasar al otro estado.

Proceso de Cristalización (Ejemplo)

El siguiente es un procedimiento básico para la cristalización:

1. Colocar agua en un vaso de Bohemia y calentar hasta que hierva.
2. Añadir la sal gradualmente. El tipo de sal utilizada influirá en el tamaño del cristal.
3. Intentar incorporar la máxima cantidad de sal posible, creando una solución sobresaturada. Esto se logra mezclando el agua hasta que la sal se disuelva completamente después de cada adición.
4. Verter cuidadosamente el agua del vaso a otro recipiente.
5. Esperar un tiempo para que se formen los cristales.

Presión de Vapor y Volatilidad

La presión de vapor es la presión que ejerce el vapor de una sustancia en equilibrio con su fase líquida, en un sistema cerrado, a una temperatura dada. Si el sistema es cerrado, se condensa, alcanzando un estado de equilibrio físico. Es estático en términos de cambio neto, pero dinámico porque en todo momento hay moléculas pasando de una fase a otra.

La volatilidad se refiere a la facilidad con que una sustancia se evapora. Un líquido es más volátil que otro si tiene mayor presión de vapor a igual temperatura. Si es más volátil, entonces tiene un menor punto de ebullición.

El punto de ebullición normal es la temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido es de 760 mmHg.

Ejemplos de Fuerzas Intermoleculares

• Moléculas de I₂ (I-I): Enlace covalente no polar. Fuerzas de London. Son débiles, tienen bajo punto de fusión y de ebullición, y son insolubles en agua.
• HF (H-F): Enlace covalente polar. Presenta puentes de hidrógeno, ya que hay un hidrógeno unido a un átomo electronegativo y pequeño (nitrógeno, oxígeno o flúor). Son solubles en agua porque forman puentes de hidrógeno con ella.
• PH₃ (P-H): Enlace covalente apolar (o de muy baja polaridad). Fuerzas de London.