SÓLIDOS AMORFOS

 Son todos aquellos sólidos en los cuales sus partículas constituyentes presentan atracciones lo suficientemente eficaces como para impedir que la sustancia fluya, resultando una estructura rígida y más o menos dura.

No presentan una disposición interna ordenada por lo tanto no tienen ningún patrón determinado. También se les denomina vidrios ó líquidos sobreenfriados.

A temperaturas altas los amorfos se transforman en líquidos y sus partículas constituyentes tienen libertad de movimiento, al disminuir lentamente la temperatura, la energía cinética de las partículas se va haciendo tan baja que se puede producir un acomodamiento entre ellas; pero si el enfriamiento se produce rápidamente y por debajo del punto de fusión (sobreenfiramento), se origina, como resultado de las menores vibraciones, una contracción térmica que no permite el ordenamiento de las partículas aumentando la viscosidad que ya no es posible apreciar flujo y la sustancia adquiere las características de un sólido: rigidez, dureza, forma y volumen definidos, etc. Como ejemplos cabe resaltar: el asfalto, ceras, la brea, vidrio y la mayoría de los polímeros.

Cuando un sólido amorfo se quiebra produce caras y bordes irregulares y al fundirse lo hace en un rango de temperaturas cambiando lentamente del estado sólido al estado líquido.

 Descripción de las propiedades de los sólidos amorfos.

Los sólidos amorfos difieren de los cristalinos por la manera en que se funden. Si controlamos la temperatura de un sólido cristalino cuando se funde, encontraremos que permanece constante. Los sólidos amorfos no tienen temperatura de fusión bien definida; se suavizan y funden en un rango de temperatura y no tienen “punto de fusión” característico.

Los sólidos amorfos, al igual que los líquidos y gases, son isotrópicos, es decir sus propiedades son iguales en todas las direcciones. Esto se debe a la falta de regularidad en el ordenamiento de las partículas en los sólidos amorfos, lo cual determina que todas las direcciones sean equivalentes.

La característica más notoria de estos materiales es la ausencia de orden de largo alcance. Esto significa que, al contrario de lo que ocurre en un cristal, el conocimiento de las posiciones atómicas de una región no nos permite predecir cuales serán las posiciones atómicas en otra región más o menos distante. A corto alcance sólo en el caso de los gases se puede realmente hablar de aleatoriedad, ya que tanto en los líquidos como en los gases se observan valores de densidad que sólo son compatibles con empaquetamientos más o menos compactos de átomos. Ahora bien, la obtención de estos empaquetamientos impone ciertas restricciones, esto es lo que nos permite hablar de orden de corto alcance. Este orden de corto alcance está siempre presente, sin embargo entre el sólido cristalino y el líquido hay bastantes diferencias, mientras que entre el líquido y el sólido amorfo encontramos bastantes semejanzas. Sin embargo el número de átomos que rodea a un átomo dado y la distancia interatómica media son similares en las fases sólida y líquida como corrobora la similitud encontrada en los valores de la densidad de cada fase. Básicamente hay tres modelos que intentan explicar la estructura de un amorfo.

Ejemplos de sólidos amorfos son el vidrio y muchos plásticos.

ESTADO VITREO

El estado vítreo es amorfo, caracterizado por la rápida ordenación de las moléculas para obtener posiciones definidas.

Tradicionalmente se ha considerado que la materia podía presentarse bajo tres formas: la sólida, la líquida y la gaseosa. Nuevos medios de investigación de su estructura íntima -particularmente durante el siglo XX- han puesto al descubierto otras formas o estados en los que la materia puede presentarse. Por ejemplo el estado mesomorfo (una forma líquida con sus fases emécticas, nemáticas y colestéricas), el estado de plasma (o estado plasmático, propio de gases ionizados a muy altas temperaturas) o el estado vítreo, entre otros.

Los cuerpos en estado vítreo se caracterizan por presentar un aspecto sólido con cierta dureza y rigidez y que ante esfuerzos externos moderados se deforman de manera generalmente elástica. Sin embargo, al igual que los líquidos, estos cuerpos son ópticamente isótropos, transparentes a la mayor parte del espectro electromagnético de radiación visible. Cuando se estudia su estructura interna a través de medios como la difracción de rayos X, da lugar a bandas de difracción difusas similares a las de los líquidos. Si se calientan, su viscosidad va disminuyendo paulatinamente –como la mayor parte de los líquidos- hasta alcanzar valores que permiten su deformación bajo la acción de la gravedad, y por ejemplo tomar la forma del recipiente que los contiene como verdaderos líquidos. No obstante, no presentan un punto claramente marcado de transición entre el estado sólido y el líquido o "punto de fusión".

Todas estas propiedades han llevado a algunos investigadores a definir el estado vítreo no como un estado de la materia distinto, sino simplemente como el de un líquido subenfriado o líquido con una viscosidad tan alta que le confiere aspecto de sólido, sin serlo. Esta hipótesis implica la consideración del estado vítreo como un estado metastable al que una energía de activación suficiente de sus partículas debería conducir a su estado de equilibrio, es decir, el de sólido cristalino.

Según la teoría atómica geométrica, en la sílice sólida cristalizada el átomo de silicio se halla rodeado de cuatro átomos de oxígeno situados en los vértices de un tetraedro cada uno de los cuales le une a los átomos de silicio vecinos. Una vista en planta de este ordenamiento se esquematiza en la figura 1, en la que el cuarto oxígeno estaría encima del plano de la página. Cuando esta sílice pasa al estado vítreo, la ordenación tetraédrica se sigue manteniendo a nivel individual de cada átomo de silicio, aunque los enlaces entre átomos de oxígeno y silicio se realizan en un aparente desorden, que sin embargo mantiene una organización unitaria inicial.

No obstante, ninguna de estas teorías es suficiente para explicar el comportamiento completo de los cuerpos vítreos aunque pueden servir para responder, en casos concretos y bien determinados, a algunas de las preguntas que se plantean.

Las sustancias susceptibles de presentar un estado vítreo pueden ser tanto de naturaleza inorgánica como orgánica, entre otras:

• Elementos químicos: Si, Se, Au-Si, Pt-Pd, Cu-Au.
• Óxidos: siO2,B2O3,P2O5, y algunas de sus combinaciones.
• Compuestos: S3As2,Se2Ge,S3P2,F2Be,Cl2Pb,IAg,(NO3)2Ca.
• Siliconas (sustancias consideradas como semiorgánicas)

Estado Sólido o Cristalino

 

      Cuando los líquidos se enfrían suficientemente, se congelan y pasan al estado sólido, se conoce como el punto de congelación de la sustancia.

      Las partículas  de un sólido, ya sean iones o moléculas, no están completamente rígidas, sino que son libres de vibrar dentro de unos espacios definidos, por lo tanto poseen una cierta energía cinética. El único movimiento que poseen las moléculas es de oscilaciones de un lado a otro, siempre guardando un equilibrio.

     Los cuerpos sólidos poseen una forma definida o sea un volumen propio, a no ser que se le someta a temperaturas altas y se fundan.

    Algunas sustancias se transforman directamente en gases, fenómeno conocido como SUBLIMACION.

    Las sustancias en estado sólido son más densas que en sus estados líquido o gaseoso y su rigidez varía considerablemente, a una presión elevada un sólido puede romperse (frágil), extenderse en una hoja delgada (maleable o dúctil), o regresar a su forma original cuando se elimina la fuerza (elástico).

    La posibilidad de que un sólido conduzca la electricidad puede ser muy pequeña o muy grande. Estas diferencias en conductividad así como en las demás propiedades se atribuyen  a las fuerzas radicalmente diferentes que resultan de la interacción de las partículas en los sólidos

    CLASES DE SOLIDOS.- Estructuralmente existen  dos clases de sólidos, los vítreos o amorfos y los cristalinos.

    LAS SUSTANCIAS AMORFAS.- El vidrio, los plásticos se incluyen dentro de los sólidos por tener propiedades físicas muy parecidas a la de los sólidos, pero difieren en su constitución interna.

     SOLIDOS CRISTALINOS.- Este tipo de sólidos presentan propiedades físicas y químicas definidas y están en función de la constitución química. Sin embargo observamos que presentan puntos de fusión fijos y se rompen siempre a lo largo de superficies definidas.

   CLASIFICACION DE LOS SOLIDOS POR EL TIPO DE ENLACE.-

    Sólidos Iónicos.- En este tipo de compuestos la red cristalina se forma por iones que se mantienen unidos por marcadas fuerzas electrostáticas. Estos iones tienen que ser positivos o negativos. La agrupación no se limita a dos iones de signo opuesto, sino que en torno al ión negativo se crea un campo eléctrico que permite que los iones positivos se sitúen rodeando al anión; lo mismo ocurre alrededor del catión, pero en sentido inverso. El enlace iónico determina muchas de las propiedades de los sólidos iónicos. Presentan puntos de fusión y de ebullición altos, son duros y frágiles, en su estado de fusión son buenos conductores de la electricidad, si contienen cationes y aniones muy cargados son insolubles en agua

    Sólidos Covalentes.- Estos a su vez se dividen en atómicos y molecualres.

    Atómicos.- Se unen entre sí a través de enlaces normalmente covalentes. El enlace covalente es muy fuerte, poseen estructuras muy compactas, sus puntos de fusión y de ebullición son muy altos, son malos conductores, frágiles duros e insolubles en todos los disolventes (Diamante, Grafito, Cuarzo, etc.).

    Existe una red definida de átomos unidos entre sí mediante enlaces covalentes y es prácticamente imposible señalar una molécula individual de la estructura.

    En la estructura del Diamante, cada átomo de carbono está covalentemente enlazado a otros cuatro átomos distribuidos tetraédricamente. En cada uno de los enlaces C-C, los electrones se encuentran apareados y rígidamente localizados entre los dos átomos.

    Moleculares.- Las fuerzas más pequeñas entre las partículas se encuentran en este tipo de sólidos. Están compuestas de moléculas que son relativamente inertes entre sí. El acomodo de las moléculas en este tipo de cristales esta determinado por sus formas, carácter dipolar y polarizabilidad. Como estas fuerzas son pequeñas, estas sustancias exhiben puntos de fusión y de ebullición bajos, son suaves, frágiles, su conductividad es muy pequeña, debido a que las moléculas mismas están enlazadas por covalencia y la movilidad de electrones entre moléculas es extremadamente pequeña (alcanfor, naftaleno, yodo, etc.).

    La mas importante de éstas fuerzas es la atracción dipolo-dipolo , que es la que existe en  los compuestos covalentes constituidos por moléculas polares. Las moléculas de una gota de agua se atraen entre sí de tal manera que los extremos del oxígeno, mas densos en electrones, se orientan hacia los extremos de hidrógeno de otras moléculas, esto es el átomo de hidrógeno de una molécula es atraído hacia el átomo de oxígeno de otra (puente de hidrógeno). El empaque de las moléculas de un sólido es menos compacto que en el estado líquido; por lo tanto, en el estado sólido existen mas espacios vacíos entre las moléculas. Por esta razón, el volumen del hielo es mayor que el volumen del mismo peso de agua líquida.

    Sólidos metálicos.- Sus átomos tienen electrones de valencia fácilmente desligables (potencial de ionización bajo) y esto hace que todos los átomos metálicos formen iones positivos. En un trozo de metal, los meollos atómicos se mantienen unidos en un mar de electrones móviles. Por lo tanto , las partículas de un sólido metálico son iones positivos atraídos por los electrones situados entre ellos. Un átomo metálico puede considerarse como un núcleo cuya carga positiva está bien apantallada por los electrones internos, y cuyos escasos electrones de los niveles de valencia, forman una nube móvil que rodea al conjunto.