Aprenda cómo la forma de los cristales determina los diferentes minerales en familias. Los minerales cristalizan de acuerdo con uno de los siete motivos, conocidos como sistemas cristalinos. Creado y producido por QA International. QA International, 2010. Todos los derechos reservados. www.qa-international.com Ver todos los videos de este artículo
Cristal , cualquier material sólido en el que los átomos componentes están dispuestos en un patrón definido y cuya regularidad superficial refleja su simetría interna.
La definición de sólido parece obvia; Generalmente se piensa que un sólido es duro y firme. Sin embargo, tras una inspección, la definición se vuelve menos sencilla. Un cubo de mantequilla, por ejemplo, es duro después de haber sido almacenado en un refrigerador y es claramente un sólido. Después de permanecer en la encimera de la cocina durante un día, el mismo cubo se vuelve bastante blando y no está claro si la mantequilla debe considerarse sólida. Muchos cristales se comportan como la mantequilla porque son duros a bajas temperaturas pero blandos a temperaturas más altas. Se denominan sólidos a todas las temperaturas por debajo de su punto de fusión. Una posible definición de un sólido es un objeto que conserva su forma si no se molesta. La cuestión pertinente es cuánto tiempo el objeto mantiene su forma. Un fluido muy viscoso conserva su forma durante una hora, pero no un año. Un sólido debe mantener su forma más tiempo.
Las unidades básicas de los sólidos son átomos o átomos que se han combinado en moléculas. Los electrones de un átomo se mueven en órbitas que forman una estructura de capa alrededor del núcleo. Las capas se llenan en un orden sistemático, y cada capa contiene solo una pequeña cantidad de electrones. Los diferentes átomos tienen diferentes números de electrones, que se distribuyen en una estructura electrónica característica de capas llenas y parcialmente llenas. La disposición de los electrones de un átomo determina sus propiedades químicas. Las propiedades de los sólidos suelen ser predecibles a partir de las propiedades de sus constituir átomos y moléculas, y las diferentes estructuras de capa de los átomos son, por tanto, responsables de la diversidad de sólidos.
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Todas las capas ocupadas del átomo de argón (Ar), por ejemplo, están llenas, lo que da como resultado una forma atómica esférica. En el argón sólido, los átomos están dispuestos de acuerdo con el empaquetamiento más cercano de estas esferas. El átomo de hierro (Fe), por el contrario, tiene una capa de electrones que está solo parcialmente llena, lo que le da al átomo un momento magnético neto. Por tanto, el hierro cristalino es un imán. El enlace covalente entre dos átomos de carbono (C) es el enlace más fuerte que se encuentra en la naturaleza. Este fuerte vínculo es responsable de que el diamante sea el sólido más duro.
Un sólido es cristalino si tiene un orden de largo alcance. Una vez que se conocen las posiciones de un átomo y sus vecinos en un punto, el lugar de cada átomo se conoce con precisión en todo el cristal. La mayoría de los líquidos carecen de orden de largo alcance, aunque muchos tienen orden de corto alcance. El rango corto se define como el primer o segundo vecino más cercano de un átomo. En muchos líquidos, los átomos vecinos están dispuestos en la misma estructura que en el sólido correspondiente. fase . Sin embargo, a distancias que están a muchos átomos de distancia, las posiciones de los átomos no se correlacionan. Estos fluidos, como el agua, tienen un orden de corto alcance pero carecen de un orden de largo alcance. Ciertos líquidos pueden tener un orden de corto alcance en una dirección y un orden de largo alcance en otra dirección; estas sustancias especiales se denominan cristales líquidos. Los cristales sólidos tienen un orden de corto y largo alcance.
Los sólidos que tienen un orden de corto alcance pero que carecen de un orden de largo alcance se denominan amorfos. Se puede fabricar casi cualquier material amorfo por solidificación rápida de la masa fundida (estado fundido). Esta condición es inestable y el sólido cristalizará con el tiempo. Si la escala de tiempo para la cristalización es de años, entonces el estado amorfo parece estable. Los vasos son un ejemplo de sólidos amorfos. En el silicio cristalino (Si), cada átomo está unido tetraédricamente a cuatro vecinos. En el silicio amorfo (a-Si) existe el mismo orden de corto alcance, pero las direcciones de enlace cambian a distancias más alejadas de cualquier átomo. El silicio amorfo es un tipo de vidrio . Los cuasicristales son otro tipo de sólido que carece de orden de largo alcance.
La mayoría de los materiales sólidos que se encuentran en la naturaleza existen en forma policristalina en lugar de como un solo cristal. En realidad, están compuestos por millones de granos (pequeños cristales) empaquetados para llenar todo el espacio. Cada grano individual tiene una orientación diferente a la de sus vecinos. Aunque existe un orden de largo alcance dentro de un grano, en el límite entre los granos, el orden cambia de dirección. Una pieza típica de hierro o cobre (Cu) es policristalina. Los monocristales de metales son blandos y maleable , mientras que los metales policristalinos son más duros y fuertes y son más útiles industrialmente. La mayoría de los materiales policristalinos se pueden convertir en grandes monocristales después de un tratamiento térmico prolongado. En el pasado, los herreros calentaban un trozo de metal para hacerlo maleable: el calor hace que algunos granos crezcan al incorporar otros más pequeños. Los herreros doblaban el metal ablandado para darle forma y luego lo golpeaban un rato; el golpe lo volvería policristalino de nuevo, aumentando su fuerza.
Los cristales se clasifican en categorías generales, como aislantes, metales, semiconductores y sólidos moleculares. Un solo cristal de un aislante suele ser transparente y se parece a una pieza de vidrio. Los metales son brillantes a menos que se hayan oxidado. Los semiconductores son a veces brillantes y a veces transparentes, pero nunca se oxidan. Muchos cristales se pueden clasificar como un solo tipo de sólido, mientras que otros tienen un comportamiento intermedio. El sulfuro de cadmio (CdS) se puede preparar en forma pura y es un excelente aislante; cuando se agregan impurezas al sulfuro de cadmio, se convierte en un semiconductor interesante. El bismuto (Bi) parece ser un metal, pero el número de electrones disponibles para la conducción eléctrica es similar al de los semiconductores. De hecho, el bismuto se llama semimetal. Los sólidos moleculares suelen ser cristales formados a partir de moléculas o polímeros. Pueden ser aislantes, semiconductores o metálicos, según el tipo de moléculas del cristal. Continuamente se sintetizan nuevas moléculas y muchas se convierten en cristales. La cantidad de cristales diferentes es enorme.
