Casi todos los elementos que se encuentran en la naturaleza son sólidos. Los sólidos pueden mantener su forma: gracias a sus propiedades únicas, podemos beber café en nuestra taza favorita, sin que esta cambie de forma; o podemos dormir en una cama, sin que esta se convierta en un líquido o desaparezca en un gas.
- Empezaremos hablando de las propiedades de los sólidos,
- Después, veremos los diferentes tipos de sólidos y lo que los hace únicos.
- Por último, resolveremos algunas cuestiones relacionadas con lo aprendido.
¿Qué es la materia?
En primer lugar, vamos a recordar la definición de materia.
Se denomina materia a todo aquello que tiene masa y ocupa espacio. La materia puede clasificarse en tres estados diferentes: sólidos, líquidos y gases.
Las propiedades básicas de los sólidos son que:
- Tienen una forma fija.
- Cuentan con un volumen definido.
- Son incompresibles.
- Sus moléculas están muy juntas, en una posición fija.
Pero, ¿cómo son exactamente estas propiedades y cómo se clasifican? Veámoslo, a continuación.
Propiedades físicas y químicas de los sólidos
Las propiedades de los sólidos se clasifican como físicas o químicas:
Las propiedades físicas pueden cambiar la apariencia física de una sustancia, pero permiten que la composición química permanezca igual.
Las propiedades químicas pueden cambiar la composición química de una sustancia. Suelen observarse durante las reacciones químicas.
Las propiedades físicas pueden dividirse, a su vez, en dos subcategorías:
- Propiedades intensivas: son independientes del tamaño o la cantidad de la sustancia.
- Propiedades extensivas: dependen del tamaño o de la cantidad de sustancia presente.
¿Cómo podemos saber si una propiedad es física o química? Aquí tienes un diagrama que te ayudará a comprenderlo.
Ahora que hemos cubierto lo que hace que las propiedades sean físicas o químicas, vamos a hablar de los diferentes tipos de sólidos.
Estructuras cristalinas
Los sólidos se clasifican en cristalinos y no cristalinos (amorfos):
Los sólidos amorfos carecen de una disposición/patrón organizado y se funden en un rango de temperaturas.
Los sólidos cristalinos tienen una forma tridimensional definida y bien organizada.
Los sólidos cristalinos se dividen, a su vez, en cuatro categorías diferentes: iónicos, moleculares, de red covalente y metálicos. Se clasifican en la categoría correspondiente en función de las diferencias en el tipo de partícula (iones, átomos o moléculas) y el tipo de fuerza de atracción presente.
Los sólidos cristalinos están formados por pequeñas unidades que se repiten, llamadas celdas unitarias. Las celdas unitarias se repiten y ordenan, dando lugar a una estructura cristalina tridimensional conocida como red cristalina.
Los puntos azules que se ven en las esquinas de la red representan un punto de la red y consisten en un átomo, molécula o ion específico.
Red de Bravais
Aunque los sólidos cristalinos pueden tener muchas disposiciones (redes de Bravais), solo nos centraremos en los siguientes tipos de celdas unitarias:
- Celda unitaria primitiva: los puntos de la red se encuentran en las esquinas de la celda unitaria.
- Celda unitaria centrada en el cuerpo (BCC): tiene una partícula en el centro de la red y una partícula en cada una de las esquinas.
- Celda unitaria centrada en la cara (FCC): contiene una partícula en cada una de las caras de la red y una partícula en cada una de las esquinas.
- Celda unitaria centrada en el lado (SCC): tiene una partícula en dos caras opuestas y una partícula en cada una de las esquinas.
Los sólidos pueden ser:
- Sólidos iónicos.
- Sólidos de red covalente.
- Sólidos moleculares.
- Sólidos metálicos.
- Sólidos amorfos.
Profundicemos, ahora, en algunas propiedades de los diferentes sólidos cristalinos.
Propiedades de las redes cristalinas iónicas
Las redes cristalinas iónicas están formados por iones unidos por enlaces iónicos, un tipo de enlace químico que se produce entre un ion con carga positiva y otro con carga negativa.
Las propiedades de los sólidos iónicos incluyen:
- Una textura dura.
- Un alto punto de fusión y un alto punto de ebullición.
- Una baja presión de vapor y una alta fragilidad.
- No son buenos conductores de la electricidad, a menos que se calienten para convertirse en compuestos iónicos fundidos (estado líquido) o si se disuelvan en agua.
- Son malos conductores del calor.
- Tienen una solubilidad variable en el agua.
El enlace iónico es una interacción electrostática; esta fuerte atracción es la responsable de muchas de las propiedades de los sólidos iónicos, como la textura dura, los altos puntos de fusión y de ebullición. Sin embargo, los sólidos iónicos también tienen una baja presión de vapor y son frágiles.
Cuando un ion de potasio (K+) y un ion de cloro (Cl-) se unen mediante enlace iónico, forman cloruro de potasio (KCl) —un sólido iónico—.
Los sólidos iónicos se crean a partir de energía reticular, que es la que se libera cuando los iones se unen para formarlos. La energía reticular también indica la intensidad de la fuerza de atracción entre los iones.
Propiedades de las redes cristalinas covalentes
Los sólidos de red covalente están compuestos por átomos, y estos átomos están unidos por enlaces covalentes. Los enlaces covalentes se producen cuando los no metales comparten por igual sus electrones de valencia para llenar su capa exterior.
Este tipo de enlace (covalente):
- Es fuerte, lo que da a los sólidos de red covalente dureza y sus altos puntos de fusión
- No les permite conducir la electricidad y los hace poco eficientes como conductores de calor (excepto el diamante, que es un buen conductor del calor).
- También los hace insolubles en el agua
El diamante es un tipo de sólido de red covalente y, también, un alótropo del carbono. Los alótropos son diferentes disposiciones cristalinas de un mismo elemento.
Propiedades de los sólidos moleculares
Los sólidos moleculares están formados por moléculas (polares o apolares) que tienen como fuerza de atracción las fuerzas intermoleculares. Las moléculas polares suelen tener presentes las fuerzas dipolo-dipolo y las fuerzas de dispersión de London, mientras que las moléculas apolares solo tienen fuerzas de dispersión de London débiles.
Las propiedades de los sólidos moleculares son las siguientes:
- Los sólidos moleculares polares tienen puntos de fusión altos, mientras que los sólidos moleculares apolares tienen puntos de fusión bajos
- Son blandos y no pueden conducir la electricidad
- En términos de solubilidad, los sólidos moleculares apolares son insolubles en agua y los sólidos moleculares polares tienen cierto grado de solubilidad en agua
El hielo seco (CO2 sólido) se considera un sólido molecular apolar, mientras que el hielo (H2O) es un sólido molecular polar.
Los polímeros, que son moléculas grandes, también son sólidos moleculares; Estos polímeros están compuestos por pequeñas unidades repetitivas llamadas monómeros.
El tereftalato de polietileno (PET) es un tipo de polímero que se utiliza para fabricar botellas de plástico.
Puedes aprender más sobre los polímeros en nuestro artículo correspondiente.
Propiedades de los sólidos metálicos
La última categoría de sólidos cristalinos son los sólidos metálicos. Están compuestos por iones positivos que se atraen entre sí, mediante electrones deslocalizados en la nube de electrones.
Estos sólidos son
- Buenos conductores de la electricidad, debido a la capacidad de movimiento de los electrones.
- Buenos conductores del calor.
- No tienen puntos de fusión específicos, pues cada sólido metálico se funde a diferentes temperaturas.
- La dureza de los sólidos metálicos también varía.
- Tienen características únicas, como ser maleables, dúctiles y brillantes
La plata elemental (Ag) es un ejemplo de sólido metálico. El ión plata, que tiene carga positiva, está rodeado de electrones deslocalizados.
Sólidos amorfos: ejemplos
A diferencia de otros tipos de sólidos, los amorfos no tienen una forma ni aspecto ordenados. Los sólidos amorfos son frágiles y pueden conducir la electricidad.
Un buen ejemplo de sólido amorfo es el vidrio, que está formado por sílice y una sustancia variable, como B2O3 o K2O. Los componentes se calientan primero, hasta superar sus puntos de ebullición; luego, se dejan enfriar rápidamente.
Para poner esta información en práctica, veamos unos ejemplos de preguntas que te podrían hacer:
¿Qué tipo de sólido tiene un punto de fusión alto y puede conducir la electricidad cuando está fundido?
Sabemos que los sólidos de red iónica y covalente pueden tener puntos de fusión elevados, debido a la fuerza de sus enlaces. Sin embargo, los sólidos de red covalente no conducen la electricidad. Por tanto, la respuesta sería: sólidos iónicos.
¿Qué tipo de sólido es el mejor conductor de la electricidad?
Los metálicos, en su fase sólida, son buenos conductores de la electricidad, debido al libre movimiento de los electrones.
Ahora, esperamos que te sientas más tranquilo conociendo las diferentes propiedades de los sólidos y cómo abordar los problemas relacionados con ellos.
Propiedades de los sólidos - Puntos clave
- Las propiedades físicas son las que modifican el aspecto físico de una sustancia. Las propiedades químicas son las que cambian la composición química de una sustancia.
- Los sólidos iónicos solo conducen la electricidad cuando están fundidos; son frágiles y tienen puntos de fusión y ebullición altos.
- Los sólidos de red covalente tienen enlaces covalentes, no son conductores de la electricidad y también tienen puntos de fusión elevados.
- Los sólidos moleculares están formados por moléculas que se atraen entre sí, mediante fuerzas intermoleculares. Tienen puntos de fusión relativamente bajos.
- Los sólidos metálicos están compuestos por iones positivos rodeados de electrones libres. Son buenos conductores de la electricidad y sus puntos de fusión varían (aunque suelen ser bajos).
Referencias
- Brown, T. L. (2009). Chemistry: the central science. Pearson Education.
- Tro, N. J. (2012). Principios de química: un enfoque molecular. Pearson Higher Ed. The Princeton Review. (2019).
- Princeton Review. Cracking the AP Chemistry Exam 2020 (Cómo superar el examen de química AP).
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