ESTADO SÓLIDO (CRISTALINO)

Un sólido cristalino es aquél que tiene una estructura periódica y ordenada, como consecuencia tienen una forma que no cambia, salvo por la acción de fuerzas externas.

 

Cuando se aumenta la temperatura, los sólidos se funden y cambian al estado líquido. Las moléculas ya no permanecen en posiciones fijas, aunque las interacciones entre ellas sigue siendo suficientemente grande para que el líquido pueda cambiar de forma sin cambiar apreciablemente de volumen, adaptándose al recipiente que lo contiene.

 

 

La mayor parte de los sólidos presentes en la naturaleza son cristalinos aun cuando en ocasiones esa estructura ordenada no se refleje en una forma geométrico regular apreciable a simple vista. Ello es debido a que con frecuencia están formados por un conjunto de pequeños cristales orientados de diferentes maneras, en una estructura policristalina.

Existen 32 clases de cristales según sus características de simetría, que se organizan en 14 tipos de redes tridimensionales, las 14 redes de Bravais.El número de combinaciones posibles de los elementos de simetría es finito.

Sistema cristalino

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Un sólido cristalino se construye a partir de la repetición en el espacio de una estructura elemental paralelepipédica denominada celda unitaria. En función de los parámetros de red, es decir, de las longitudes de los lados o ejes del paralelepípedo elemental y de los ángulos que forman, se distinguen siete sistemas cristalinos:

Sistema cristalino	Ejes	Angulos entre ejes
Cúbico	a = b = c	α = β = γ = 90°
Tetragonal	a = b ≠ c	α = β = γ = 90°
Ortorrómbico	a ≠ b ≠ c ≠ a	α = β = γ = 90°
Hexagonal	a = b ≠ c	α = β = 90°; γ = 120°
Trigonal (o Romboédrica)	a = b = c	α = β = γ ≠ 90°
Monoclínico	a ≠ b ≠ c ≠ a	α = γ = 90°; β ≠ 90°
Triclínico	a ≠ b ≠ c ≠ a	α ≠ β ≠ γ α, β, γ ≠ 90°

En función de las posibles localizaciones de los átomos en la celda unitaria se establecen 14 estructuras cristalinas básicas, las denominadas redes de Bravais.

Elementos de simetría

El tipo de sistema normal cristalino depende de la disposición simétrica y repetitiva de las caras que forman el cristal. Dicha disposición es consecuencia del ordenamiento interno de sus átomos y, por lo tanto, característico de cada mineral. Las caras se dispondrán según los elementos de simetría que tenga ese sistema, siendo uno de ellos característico de cada uno de los siete sistemas:

Sistema cristalino	Elementos característicos
Cúbico	Cuatro ejes ternarios
Tetragonal	Un eje cuaternario (o binario derivado)
Ortorrómbico	Tres ejes binarios o tres planos de simetría
Hexagonal	Un eje senario (o ternario derivado)
Trigonal (o Romboédrica)	Un eje ternario
Monoclínico	Un eje binario o un plano de simetría
Triclínico	Un centro de simetría o bien ninguna simetría

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.

Figura 1: Cristal organizado de SiO₂

En apoyo de esta hipótesis se aduce el hecho experimental de que, calentado un cuerpo en estado vítreo hasta obtener un comportamiento claramente líquido (a una temperatura suficientemente elevada para que su viscosidad sea inferior a los 500 poises, por ejemplo), si se enfría lenta y cuidadosamente, aportándole a la vez la energía de activación necesaria para la formación de los primeros corpúsculos sólidos (siembra de microcristales, presencia de superficies activadoras, catalizadores de nucleación, etc.) suele solidificarse dando lugar a la formación de conjuntos de verdaderos cristales sólidos.
Todo parece indicar que los cuerpos en estado vítreo no presentan una ordenación interna determinada, como ocurre con los sólidos cristalinos. Sin embargo en muchos casos se observa un desorden ordenado, es decir, la presencia de grupos ordenados que se distribuyen en el espacio de manera total o parcialmente aleatoria. 

Sólido amorfo

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Diagrama molecular del vidrio (SiO₂) en sólido amorfo.

Diagrama molecular del cuarzo (SiO₂) en red cristalina.

El sólido amorfo es un estado sólido de la materia, en el que las partículas que conforman el sólido carecen de una estructura ordenada. Estos sólidos carecen de formas y caras bien definidas. Esta clasificación contrasta con la de sólidos cristalinos, cuyos átomos están dispuestos de manera regular y ordenada formando redes cristalinas.
Muchos sólidos amorfos son mezclas de moléculas que no se pueden apilar bien. Casi todos los demás se componen de moléculas grandes y complejas. Entre los sólidos amorfos más conocidos destaca el vidrio.
Un mismo compuesto superdo, según el proceso de solidificación, puede formar una red cristalina o un sólido amorfo. Por ejemplo, según la disposición espacial de las moléculas de sílice (SiO₂), se puede obtener una estructura cristalina (el cuarzo) o un sólido amorfo (el vidrio).

PROPIEDADES Y CARACTERISTICAS DE UN MATERIAL VÍTREO

El vidrio común contiene aproximadamente el 70-72% en peso de dióxido de silicio (SiO2).  La materia prima principal es la arena (o "arena de cuarzo) que contiene casi el 100% de sílice cristalina en forma de cuarzo.  A pesar de que se trata de un cuarzo casi puro, todavía se puede contener un poco (<1%) de óxidos de hierro que el color del vidrio, por lo general, esta arena es enriquecido en la fábrica para reducir la cantidad de óxido de hierro de <0,05%. Grandes cristales de cuarzo natural único son el dióxido de silicio puro, y que, a la trituración, se utilizan para las gafas especiales de alta calidad.
La Temperatura de transición vítrea (Tg) es la temperatura a la que se da una seudotransición termodinámica en materiales vítreos, por lo que se encuentra en vidrios, polímeros y otros materiales inorgánicos amorfos. Esto quiere decir que, termodinámicamente hablando, no es propiamente una transición. La Tg se puede entender de forma bastante simple cuando se entiende que en esa temperatura el polímero deja de ser rígido y comienza a ablandarse.
 

Se entiende que es un punto intermedio de temperatura entre el estado fundido y el estado rígido del material. El estudio de Tg es más complejo en el caso de polímeros que en de cualquier otro material de moléculas pequeñas.
Por encima de la Tg los enlaces secundarios de las moléculas son mucho más débiles que el movimiento térmico de las mismas, por ello el polímero se torna gomoso y adquiere cierta elasticidad y capacidad de deformación plástica sin fractura. Este comportamiento es específico de polímeros termoplásticos y no ocurre en polímeros termoestables.
Este tipo de transición se observa en materiales vítreos, entre un estado líquido (el material fluye) y otro estado aparentemente sólido, este estado aparentemente sólido es un estado de no-equilibrio termodinámico, el material es considerado un líquido subenfriado 

METALURGIA: PRINCIPALES METALES Y ALEACCIONES UTILIZADOS EN LA INDUSTRIA
  * Metales:
Los metales son los elementos químicos de mayor utilización: con fines estructurales en edificios y medios de transporte, como conductores de calor y electricidad, etc. Los metales se caracterizan por tener un brillo especial, llamado metálico, y por ser buenos conductores de la electricidad y del calor. Esta gran conductibilidad, comparada con la de los no metales, se debe probablemente a la existencia de electrones libres en su interior. Además los metales tienen una molécula monoatómica y originan los hidróxidos al disolverse los óxidos metálicos en agua. Algunos metales se presentan en estado libre como el oro, pero otros aparecen en estados de óxidos, sulfuros, carbonatos, fluoruros, cloruros. etc.
  * Propiedades físicas:
Los metales, con la excepción del mercurio, que es líquido, son sólidos a la temperatura ordinaria y tienen todos brillos metálicos y un color casi siempre blanco grisáceo, salvo en los casos del cobre (rojo) y el oro (amarillo). Son de densidad muy variable. Así, el sodio y el potasio flotan en el agua mientras que otros poseen densidades muy elevadas. El magnesio y aluminio son los más ligeros de los metales utilizados en la industria por sus aplicaciones prácticas.
  * Abundancia de los metales:
Los metales con potencial de electrodo negativo se encuentran combinados y los que tienen potencial positivo se encuentran en estado libre como metales en estado nativo: Cu, Ag, Au, Pt, Os, Ir, Ru, Rh, Pd.
  * Metalurgia:

Es la extracción comercial de los metales a partir de sus minerales y su preparación para usos posteriores. Consta de varias etapas:
   Obtención del mineral por minería
   Pene-tratamiento del mineral
   Reducción del metal al estado libre
   Refinado o purificación del metal
   En su caso, obtención de aleaciones.
  * Aleación:
Una aleación es una mezcla homogénea, de propiedades metálicas, que está compuesta de dos o más

CERÁMICA. PRINCIPALES MATERIALES CERÁMICOS UTILIZADOS EN LA INDUSTRIA.

Constitución de los materiales cerámicos

1. Están formados por una combinación de fases cristalinas y/o vítreas.
2. Se pueden presentar en función de la aplicación como sólido denso, polvo fino, película, Fibra, etc.
3. Los hay constituidos por una fase cristalina o una fase vítrea, denominándose Monofásicos.
4. Los constituidos por muchos cristales de la misma fase cristalina se denominan Poli cristalinos
5. Los mono cristales se refieren a materiales constituidos por un solo cristal de  una única fase.
   

 

Propiedades tienen los materiales cerámicos 

Las propiedades de los materiales cerámicos cubren un amplio intervalo de necesidades:

• Propiedades mecánicas
• Propiedades térmicas
• Propiedades ópticas
• Propiedades eléctricas
• Propiedades magnéticas
• Propiedades químicas

Características de la industria cerámica

Es una industria en la que se involucran miles de billones de euros.

Se utilizan en muchas otras industrias como elementos básicos, Industria del cemento, siderurgia.

Constituyen partes de sistemas complejos :

Núcleos magnéticos en memorias de ordenadores, Permiten nuevas tecnologías.