SÒLIDS CRISTAL·LINS: ESTRUCTURA, PROPIETATS, TIPUS, EXEMPLES - QUIMICA - 2025

Els sòlids cristal·lins són aquells les estructures microscòpiques són ordenades i obeeixen un patró distintiu per a una determinada xarxa cristal·lina; per exemple: cúbica, hexagonal, triclínica, romboèdrica, entre d'altres.

Es diu que aquests sòlids existeixen com vidres, els quals mostren facetes i dissenys geomètrics que reflecteixen com de ordenats són per dins. Altres exemples de sòlids cristal·lins són el diamant, el quars, el antracè, el gel sec, el clorur de potassi o l'òxid de magnesi.

Una barra cristal·lina de sucre morena. Font: Pixabay.

Un parell de sòlids cristal·lins altament conegut és el de l'sucre i la sal (NaCl). A primera vista, tots dos llueixen cristalls blancs; però les seves propietats difereixen enormement. El sucre és un sòlid cristal·lí molecular, mentre la sal un sòlid cristal·lí iònic. El primer està compost de molècules de sacarosa; i el segon, de ions Na ⁺ i Cl ^-.

La imatge superior permet albirar el brillants que poden ser uns cristalls de sucre. Els cristalls de sal però no es queden enrere. Tot i que el sucre i la sal semblin germans, les seves estructures són diferents: el sucre, que ve a ser sacarosa, té una estructura monoclínica; mentre que la sal, una estructura cúbica.

Estructura cristal·lina el clorur de sodi, NaCl

El sucre i la sal polvoritzats (glacé) segueixen sent cristal·lins; seus vidres només s'han tornat molt més petits per als nostres ulls. La cristal·linitat d'un sòlid, per tant, es defineix més per la seva estructura interna, que per la seva aparença externa o els seus brillantors.

Estructura dels sòlids cristal·lins

Estructures ordenades del que sòlids cristal·lins. Font: Gabriel Bolívar.

Els sòlids cristal·lins tenen estructures ordenades. Les seves característiques geomètriques dependran de l'tipus de xarxa cristal·lina a la qual pertanyen, la qual al seu torn es projecta exteriorment en les formes de l'vidre (sistema cristal·lí). La imatge superior il·lustra dos conceptes importants d'aquestes estructures: periodicitat i grans cristal·lins.

L'ordenament espacial de les partícules d'un sòlid cristal·lí és periòdic; és a dir, es repeteix una i altra vegada en totes direccions. Això origina un patró estructural propi per a cada sòlid i xarxa cristal·lina; per exemple, és aquí on la sal i el sucre comencen a diferenciar-se més enllà de la seva naturalesa química.

En Als rombes s'ordenen per donar lloc a un rombe de majors proporcions. Cada rombe morat representa una partícula o un conjunt de les mateixes (àtoms, ions o molècules). Així, pogués esperar-se que un vidre macroscòpic d'A tingui una aparença romboèdrica.

Mentrestant, a B els rombes s'ordenen de tal manera que originen grans cristal·lins; aquests són, cristalls molt petits (cristalls). Es diu llavors que B és un sòlid policristal·lí; és a dir, està format per l'aglomeració múltiples cristalls.

En conclusió, un sòlid pot ser simplement cristal·lí (A), o policristal·lí (B); A manera vidres, mentre B policristalls.

propietats

Les propietats dels sòlids cristal·lins depenen del seu tipus de vidre. Se sap ja que les seves estructures són ordenades, i que a més solen presentar brillants faccions que enamoren als amants dels minerals. No obstant això, es va fer esment que un sòlid polsós, inclusivament "apagat", també pot catalogársele com cristal·lí.

La manera en què s'orienten espacialment les seves partícules els permet tenir algunes propietats importants per a la seva caracterització. Per exemple, els sòlids cristal·lins són capaços de difractar els raigs X, creant espectres de difracció a partir dels quals es pot determinar l'estructura microscòpica d'un cristall.

Així mateix, a causa de que l'estructura és periòdica, la calor es difon d'igual manera a través de tot el sòlid; sempre que no hi hagi impureses de per mig. Així, els punts de fusió per a un sòlid cristal·lí són constants, i no varien sense importar com es mesurin.

Tipus de sòlids cristal·lins

Els tipus de sòlids cristal·lins es basen en quin tipus de partícules el componen i quines són les seves interaccions o enllaços. N'hi ha en essència de quatre tipus: iònics, metàl·lics, moleculars i xarxes covalents.

Tot i que presentin cert grau d'impureses, continuen sent cristal·lins, tot i que les seves propietats es vegin afectades i no mostrin els mateixos valors esperats per a un sòlid pur.

iònics

La sal és un exemple d'un sòlid cristal·lí iònic, ja que està compost d'ions Na ⁺ i Cl ^-. Per tant, en aquest tipus de sòlids governa l'enllaç iònic: són les forces electrostàtiques les que regeixen l'ordenament estructural.

Metálicos

Tots els àtoms metàl·lics formen cristalls metàl·lics. Això vol dir que, per exemple, una forquilla de plata és un conglomerat de cristalls de plata fusionats. L'estructura interna o microscòpica és la mateixa en cada pam de l'objecte, i roman inalterada des del mànec de l'forquilla fins a la punta de les seves dents.

moleculars

El sucre és un exemple d'un sòlid cristal·lí molecular, ja que està format de molècules de sacarosa. Per tant, aquest tipus de sòlid es compon de molècules, que mitjançant les seves interaccions intermoleculars (i no enllaços covalents) aconsegueixen establir una estructura ordenada.

xarxes covalents

Finalment, tenim els sòlids cristal·lins de xarxes covalents. En ells predominen els enllaços covalents, ja que són els responsables d'establir un ordre i mantenir els àtoms fortament fixats en les seves respectives posicions espacials. No es parla d'ions, àtoms o molècules, sinó de xarxes tridimensionals.

exemples

A continuació, i per finalitzar, es citaran alguns exemples per a cada un dels tipus de sòlids cristal·lins.

iònics

Totes les sals són sòlids iònics. Així mateix, hi ha sulfurs, hidròxids, òxids, halurs, i altres compostos que també estan formats per ions, o les seves interaccions són en essència iòniques. Tenim doncs:

-KCl

-cas ₄

-Ba (OH) ₂

-CuSO ₄

-FeCl ₃

-Na ₂ S

-MgO

-CaF ₂

-NaHCO ₃

- (NH ₄) ₂ CrO ₄

A més d'aquests exemples, la immensa majoria dels minerals es consideren sòlids cristal·lins iònics.

Metálicos

Qualsevol element metàl·lic es presenta naturalment com vidres metàl·lics. Alguns d'ells són:

-coure

-Ferro

-Alumini

-Cromo

-Hidrógeno metàl·lic (sota inimaginables pressions)

-Tungsteno

-Circonio

--titani

-magnesi

-Sodio

moleculars

Existeixen una gran varietat de sòlids cristal·lins moleculars. Pràcticament qualsevol compost orgànic que solidifiqui aconsegueix establir vidres si la seva puresa és elevada, o si la seva estructura no és massa intricada. Així doncs tenim:

-Hielo (H ₂ O)

-Hielo sec (CO ₂)

-I _febrer

-P ₄

-S ₈ (i els seus polimorfs)

-Antraceno

-Oxígeno sòlid

-Amoníaco sòlid

-Fenolftaleína

-Àcid benzoic

xarxes covalents

I finalment, entre alguns sòlids cristal·lins de xarxes covalents tenim:

-Diamante

-Grafito

-Nanotubos de carboni

-Fullerenos

-Cuarzo

-Silicio

-Germanio

-Nitruro de bor

D'aquesta llista, els nanotubs de carboni i els fullerens també es puguin considerar com a sòlids cristal·lins moleculars. Això es deu al fet que, si bé consten d'àtoms de carbonis units covalentment, defineixen unitats que poden visualitzar-se com macromolècules (pilotes de futbol i tubs).

referències

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). Cengage Learning.
2. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgànica. (Quarta edició). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Crystal. Recuperat de: en.wikipedia.org
4. Chemistry LibreTexts. (16 de juny de al 2019). Crystalline and Amorphous Solids. Recuperat de: chem.libretexts.org
5. Rachel Bernstein & Anthony Carpi. (2020). Properties of Solids. Recuperat de: visionlearning.com