Tema 3: Propiedades y Características Fundamentales del Estado Sólido




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títuloTema 3: Propiedades y Características Fundamentales del Estado Sólido
fecha de publicación21.08.2016
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TEMA 3: Propiedades y Características Fundamentales del Estado Sólido

Introducción
La materia se presenta en tres estados que se describen por medio de diagramas de fases de temperatura (T ) y presión (P), el gráfico siguiente muestra las regiones en las cuales las fases corresponden a estos estados: gaseoso, líquido o sólido para un sistema típico.images.jpg
Además se observan unas líneas que corresponden a las fronteras donde se producen los cambios de una fase a otra, llamadas líneas de coexistencia. La fase liquida se encuentra en una región intermedia al aumentar la temperatura y disminuir la presión, para presiones bajas y temperaturas altas se encuentran los gases y por último el estado sólido, en el que nos vamos a centrar en este tema, está en la región de temperaturas bajas y presiones altas.
¿Qué es el estado sólido?
Los sólidos se caracterizan por tener forma y volumen constantes. Esto se debe a que las partículas que los forman están unidas por unas fuerzas de atracción relativamente intensas de modo que ocupan posiciones casi fijas.

En el estado sólido las partículas solamente pueden moverse vibrando u oscilando alrededor de posiciones fijas, conforme aumenta la temperatura del solido aumenta dicha vibración, pero no pueden moverse trasladándose libremente a lo largo del sólido. Estas partículas se disponen de forma ordenada, con una regularidad espacial geométrica, que da lugar a diversas estructuras geométricas cristalinas.

Características de los sólidos
Las partículas que forman los sólidos pueden ser: moléculas, átomos o iones.

Átomos:

Están unidos por enlaces covalentes que son muy fuertes, pero los átomos deben mantener una posición fija, sino el enlace se rompe. Estos sólidos son muy duros, pero frágiles, y presentan punto de fusión y ebullición elevados, como el diamante.
De acuerdo a la ubicación espacial de los átomos, los sólidos se conocen como amorfos, cristales y policristales, hay otros materiales con características diferentes llamados cuasicristales y cristales líquidos.
En un sólido amorfo, los átomos están desordenados y distribuidos al azar, se les conoce como líquidos sobrenfriados; ejemplos de ellos son los polímeros, los cerámicos amorfos, los cauchos, plásticos, papeles, proteínas, los vidrios, etc.

En un cristal los átomos se organizan en un arreglo ordenado de acuerdo con ciertas reglas de simetría, es interesante resaltar que los elementos químicos más estables cristalizan a alguna temperatura.

Un policristal es un agregado de un gran número de cristales pequeños organizados en el espacio con orientaciones diferentes.hgdfjhfd.jpg

Moléculas:

Las mismas se encuentran unidas entre sí por las fuerzas de Van der Waals, que son débiles. Estos sólidos son blandos, y presentan puntos de fusión y ebullición bajos, como el azúcar.
Iones:

  • Puede tratarse de metales: Iones positivos rodeados de electrones, que son buenos conductores de la corriente eléctrica, duros y presentan puntos de fusión y ebullición altos, como por ejemplo COBRE, ORO, PLATA.




  • Puede tratarse de compuestos iónicos: debido a la fuerte atracción electrostática entre los iones opuestos, son sólidos duros, pero frágiles y no conducen la corriente eléctrica. Cuando se encuentran en solución diluida, dicha solución conduce la corriente eléctrica.


Propiedades fundamentales
El estudio de las propiedades de los sólidos permite conocer los mecanismos responsables de diferentes fenómenos físicos y sus aplicaciones tecnológicas específicas. Muchas propiedades físicas pueden ser modificadas por los defectos cristalinos. Para su utilización deben tenerse en cuenta otras condiciones esenciales como son la facilidad de manejo, la manipulación y el precio de los materiales, que dependen de la densidad del material, resistencia al desgaste, el color, el punto de fusión, la disponibilidad, por eso los elementos más usados son los más abundantes en la naturaleza como el silicio, aluminio, hierro y cobre.
Propiedades de los sólidos cristalinos
Tanto los efectos de superficie, como de la dimensión pueden cambiar las propiedades como la deformación plástica, la resistencia a la rotura, la conductividad eléctrica, el color, la difusión; cambian las propiedades físicas de transporte, mecánicas, ópticas, etc.
Las dislocaciones permiten explicar los esfuerzos que aparecen en cristales reales y son producidas durante su crecimiento.

Las vacancias son responsables de la conductividad eléctrica de los cristales iónicos y pueden cambiar sus propiedades ópticas, algunos cristales transparentes en todo rango del espectro visible presentan un color debido a la existencia de un defecto puntual conocido como centro de color, el defecto es el que absorbe la luz visible.
Los metales de transición son excelentes dopantes para cambiar de color un material debido a que tienen niveles electrónicos excepcionales, con capas incompletas que contienen electrones desapareados, cuyos estados excitados están en el rango de la luz visible. Por ejemplo la esmeralda es silicato de aluminio y berilio Be3Al2Si6O18 al doparlo con cromo se convierte en verde
Los defectos puntuales son responsables de la conductividad eléctrica de los cristales iónicos y pueden cambiar considerablemente sus propiedades ópticas.

Propiedades de los sólidos amorfos


Las moléculas de los sólidos amorfos están distribuidas al azar y las propiedades físicas del sólido son idénticas en todas las direcciones (isotropía).

Las formas amorfas tienen una temperatura característica a la cual sus propiedades experimentan cambios importantes. Esta temperatura se conoce como temperatura de transición vítrea (Tg). La temperatura de transición a vidrio de un material amorfo puede reducirse añadiendo moléculas pequeñas, denominadas "plastificadores", que se adaptan entre las moléculas vítreas y les proporciona mayor movilidad.

Una consecuencia directa de la disposición irregular de las partículas en un sólido amorfo, es la diferencia de intensidad que toman las fuerzas intermoleculares entre las mismas, de ahí que la fusión se alcance a distintas temperaturas, según la proporción de las distintas partículas que forman la muestra. De ello se deduce que un sólido amorfo no tiene un punto de fusión definido, sino que dicha transformación acontece en un intervalo de temperatura. Cuando se calienta un sólido amorfo, la sustancia no manifiestan un punto de fusión, aunque se ablandan progresivamente aumentando su tendencia a deformarse. En contraste, la temperatura de fusión de un sólido cristalino es precisa y está bien definida.

En cuanto a sus propiedades elásticas, se puede afirmar que los sólidos amorfos manifiestan las propiedades de los cristales. Por ejemplo, al aplicar una carga a un material amorfo en un intervalo racionado de tiempo, la sustancia desarrollará una deformación pseudo-permanente, es decir, fluirá como si fuera un líquido de viscosidad muy alta.

Respecto al magnetismo, los metales amorfos presentan las propiedades magnéticas más notables, comportándose como materiales ferromagnéticos (aquellos en los que se produce un ordenamiento magnético de todos los momentos magnéticos en la misma dirección y sentido).

Propiedades Sensoriales

Son las que están relacionadas con la impresión que produce el material en nuestros sentidos.

-Color

-Textura

-Brillo
Propiedades Físico-Químicas

Son las que están relacionadas con el comportamiento del material frente a acciones externas

-Transparencia: Según el comportamiento de los materiales frente a la luz se clasifican en: transparentes, translúcidos y opacos.

-Oxidación: Hace referencia al comportamiento de un material cuando es sometido a la acción de agentes atmosféricos o químicos.

-Conductividad térmica: Un material tiene alta conductividad térmica cuando deja pasar el calor por él.

-Conductividad eléctrica: Un material tiene alta conductividad eléctrica cuando deja pasar la corriente eléctrica por él. Entonces decimos que es conductor. En caso contrario, será aislante.
Propiedades Mecánicas

Son las que están relacionadas con el comportamiento del material cuando se somete a esfuerzos.

-Dureza: Un material es duro o blando dependiendo de la resistencia que presente a ser rayado por otro material.

-Tenacidad/Fragilidad: Un material es tenaz si aguanta los golpes sin romperse. Un material es frágil si cuando le damos un golpe se rompe.

-Elasticidad/Plasticidad: Un material es elástico cuando, al aplicarle una fuerza se estira, y al retirarla vuelve a la posición inicial. Un material es plástico cuando al retirarle la fuerza continua deformado.

-Resistencia mecánica: Un material tiene resistencia mecánica cuando soporta esfuerzos sin romperse.

Propiedades Tecnológicos

Son las que están relacionadas con el comportamiento de los materiales durante la fabricación

-Fusibilidad: Es la capacidad de los materiales de pasar del estado sólido al líquido cuando son sometidos a una temperatura determinada.

-Ductilidad: Es la capacidad de los materiales de transformarse en hilos cuando se estiran.

-Maleabilidad: Es la capacidad de los materiales de transformarse en láminas cuando se les comprime.

Propiedades Ecológicas

Son las que están relacionadas con la mayor o menor nocividad del material para el medio ambiente.

-Toxicidad: Es el carácter nocivo de los materiales para el medio ambiente o los seres vivos.

-Reciclabilidad: Es la capacidad de los materiales de ser vueltos a fabricar.

-Biodegrabilidad: Es la capacidad de los materiales de, con el paso del tiempo, descomponerse de forma natural en sustancias más simples.

COMPONENTES DEL GRUPO 3
Raquel Serrano Lledó

Ángela Caravantes García

Borja Chaparro Cobos

Enelio Herrera Díaz

Víctor Lisart Tíscar

Clara Túnez Sánchez

Miguel Martín Ibarreta

Sebastián Breva Barba

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