Enlaces En Solidos Los sólidos pueden ser clasifcados de acuerdo a la naturaleza del enlace entre sus componentes atómicos o moleculares. La clasifcación tradicional distingue cuatro tipos de enlace:1 •
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Enlace covalente, que orma sólidos de red covalente (algunas veces simplemente denominados "sólidos covalentes"). Enlace iónico, que orma sólidos iónicos. Enlace metlico, que orma sólidos metlicos. Enlace intermolecular d!il, que orma sólidos moleculares.
Los Los miem miemr ros os t#pi t#pico cos s de esta estas s clas clases es tien tienen en dist distri riu uci cion ones es elec electr trón ónic icas as distintivas,$ as# como propiedades termodinmicas, electrónicas % mecnicas tami!n distintivas. En particular, las energ#as de enlace de estas interacciones var#an ampliamente. &in emargo, el enlace en sólidos puede ser de tipos mezc mezcla lado dos s o inte interrmedi medios os,, de a'# a'# que que no todo todos s los los sóli sólido dos s tien tienen en las las propiedades t#picas de una clase en particular, % algunos pueden ser descritos como ormas intermedias.
Sólidos de red covalente n sólido de red covalente consiste en un conunto de tomos mantenidos untos por una red de enlaces covalentes (pares de electrones compartidos entr entre e tom tomos os de simi simila larr elec electr tron oneg egat ativ ivid idad ad), ), % de a'# a'# que que pued puedan an ser ser considerados como una sola gran mol!cula. El eemplo clsico es el diamante* otros eemplos inclu%en el silicio, el cuarzo % el grafto. +#picamente, los sólidos de red covalente tienen una gran uerza, un gran módulo elstico, % un elevado punto de usión. &u uerza, rigidez, % alto punto de usión son consecuencia de la uerza % rigidez del enlace covalente que los mantiene unidos. +ami!n son caracter#sticamente queradizos, deido a que la naturaleza naturaleza direccional direccional de los enlaces enlaces covalentes covalentes resiste uertemente uertemente los movimientos asociados con el uo plstico, % son, en eecto, rotos cuando ocurre dic'o tipo de movimientos. Esta propiedad resulta en la ragilidad, por razones estudiadas en el campo de la mecnica de ractura. Los sólidos de red covalente var#an en su comportamiento desde aislantes 'asta semiconductores, dependiendo del tama-o de la anda p ro'iida del material.
Sólidos iónicos n sólido iónico estndar consiste de tomos que se mantienen untos por enlaces iónicos, esto es, por la atracción electrosttica de cargas opuestas (el result ultado de la transerencia de electrones nes del tomo de menor electronegatividad al de ma%or electronegatividad). Entre los sólidos iónicos
estn los compuestos ormados por metales alcalinos % metales alcalinot!rreos, en cominación con 'alógenos* un eemplo clsico es la sal de mesa, cloruro de sodio.
+#picamente, los sólidos iónicos son de una uerza intermedia, % son etremadamente queradizos. Los puntos de usión son moderadamente altos, pero algunas cominaciones de cationes % aniones moleculares producen un l#quido iónico con un punto de usión inerior a la temperatura amiental. En todos los casos, las presiones de vapor son etraordinariamente aas* esto es consecuencia de la gran energ#a requerida para mover una carga (o par de cargas) de un medio iónico 'acia el espacio lire. Los sólidos iónicos tienen andas pro'iidas mu% grandes, de a'# que sean aislantes.
Sólidos metálicos Los sólidos metlicos se mantienen unidos por una alta densidad de electrones deslocalizados, compartidos, lo que resulta en un "enlace metlico". Los eemplos clsicos son los metales tales como el core % el aluminio, pero algunos materiales son metales en un sentido electrónico, pero tienen un enlace metlico despreciale en un sentido mecnico o termodinmico. Los sólidos con enlace metlico puro son d/ctiles %, en su orma pura, tienen una resistencia aa* sus puntos de usión son variales (dependiendo del metal, el mercurio se unde a 02 34). Estas propiedades son consecuencia de la naturaleza no direccional % no polar del enlace metlico, en el que los planos de tomos pueden deslizarse uno sore otro, sin perturar las interacciones con el mar circundante de electrones deslocalizados. La ma%or uerza puede ser deida a la intererencia con las dislocaciones que median en las transormaciones plsticas. 5s a/n, algunos metales de transición e'ien enlace direccional, adems de enlace metlico* esto incrementa los esuerzos cortantes % reduce la ductilidad. Los sólidos metlicos no tienen, por defnición, anda pro'iida en el nivel de 6ermi, de a'# que sean conductores.
Sólidos moleculares n sólido molecular clsico consiste de peque-as mol!culas covalentes no polares, % es mantenido unto por uerzas de dispersión de London* un eemplo clsico es la cera de parafna. Estas uerzas son d!iles, % resultan en unas energ#as de enlace entre pares en el orden de 17188 de los enlaces covalentes, iónicos, % metlicos. Las energ#as de enlace tienden a incrementarse con el incremento del tama-o molecular % la polaridad (ver ormas intermedias).
Diagrama De Fase
En termodinmica % ciencia de materiales se denomina diagrama de ase o diagrama de estados de la materia, a la representación entre dierentes estados de la materia, en unción de variales elegidas para acilitar el estudio del mismo. 4uando en una de estas representaciones todas las ases corresponden a estados de agregación dierentes se suele denominar diagrama de camio de estado.
Los diagramas de equilirio pueden tener dierentes concentraciones de materiales que orma una aleación a distintas temperaturas. 9ic'as temperaturas van desde la temperatura por encima de la cual un material est en ase l#quida 'asta la temperatura amiente % en que generalmente los materiales estn en estado sólido.
La l#nea de puntos muestra el comportamiento anómalo del agua. La l#nea verde marca el punto de congelación % la l#nea azul, el punto de eullición. &e muestra cómo var#an con la presión.
Diferentes Diagramas de Equilibrio. Los diagramas de equilirio ms sencillos son los de presión 0 temperatura de una sustancia pura, como puede ser el del agua. En el ee de ordenadas se
coloca la presión % en el de ascisas la temperatura. eneralmente, para una presión % temperatura dadas, el cuerpo presenta una /nica ase ecepto en las siguientes zonas: ;unto triple: En este punto del diagrama coeisten los estados sólido, l#quido % gaseoso. Estos puntos tienen cierto inter!s, %a que representan un invariante % por lo tanto se pueden utilizar para calirar termómetros. 9os metales (<, =) a temperaturas superiores a sus respectivos puntos de usión (+<, +=) se encuentran en estado l#quido pudi!ndose disolver % conormar as# una ase /nica l#quida. Esto quiere decir que no podemos estalecer dierencias de comportamiento u oservación entre las distintas partes del l#quido % que los metales en las proporciones mezcladas tienen la propiedad de misciilidad. &i la mezcla l#quida, >< ? >=, la sometemos a un proceso de solidifcación, mediante enriamiento, llegamos a otener el producto que se denomina aleación de los metales < % =. Es conocido que las aleaciones meoran las caracter#sticas de los metales puros. @ealmente deer#a decirse que introducen variales que dierencian el comportamiento de los metales puros que las componen, porque en algunas circunstancias pueden perudicar sus propiedades. Aviamente, conormar una aleación es uno de los medios ms primitivos que la ingenier#a 'a dispuesto para actuar sore las propiedades de los metales puros, incluso 'istóricamente la aleación es predecesora como lo ustifca el ronce, Edad del ronce En ciencia de materiales se utilizan ampliamente los diagramas de ase inarios, mientras que en termodinmica se emplean sore todo los diagramas de ase de una sustancia pura.
Diagrama de Fase de una Sustancia Pura. Eisten dierentes diagramas seg/n los materiales sean totalmente solules en estado sólido % l#quido o sean misciles a que sean insolules. +ami!n pueden darse casos particulares. no de los diagramas de equilirio ms clsico es el de los aceros que tiene particularidades % donde aecta claramente la concentración % las dierentes cristalizaciones que puede darse en el 'ierro estando en estado sólido % a dierentes temperaturas. •
Los pares (presión, temperatura) que corresponden a una transición de ase entre: 9os ases sólidas: 4amio alotrópico* Entre una ase sólida % una ase l#quida: usión 0 solidifcación* Entre una ase sólida % una ase vapor (gas): sulimación 0 deposición (o sulimación inversa)* Entre una ase l#quida % una ase vapor: vaporización 0 condensación (o licueacción). • • •
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Es importante se-alar que la curva que separa las ases vapor0l#quido se detiene en un punto llamado punto cr#tico (La densidad del l#quido % vapor son iguales). 5s all de este punto, la materia se presenta como un uido supercr#tico que tiene propiedades tanto de los l#quidos como de los gases. 5odifcando la presión % temperatura en valores alrededor del punto cr#tico se producen reacciones que pueden tener inter!s industrial, como por eemplo las utilizadas para otener ca! descaeinado. Es preciso anotar que, en el diagrama ;0+ del agua, la l#nea que separa los estados l#quido % sólido tiene pendiente negativa, lo cual es algo astante inusual. Esto quiere decir que aumentando la presión el 'ielo se unde, % tami!n que la ase sólida tiene menor densidad que la ase l#quida.
