El sólido cristalino
En los gases y líquidos las interacciones entre átomos no son estables ni duraderas. Por tanto, las posibles alteraciones que puedan sufrir los átomos no son estables, y su estructura interna no se ve afectada.
En un sólido en cambio, la interacción entre átomos es tan intensa que los mantiene estáticos, haciéndolas además duraderas y estables. ¿Cómo afectan estas interacciones a los átomos y su estructura interna? ¿Y cómo contribuyen estas diferencias respecto de un átomo aislado a las propiedades del sólido?
Un sólido es un conjunto de átomos estáticos que ocupan una posición determinada. Existe una primera distinción en la estructura de los sólidos, en función de las posiciones de los átomos:
Los materiales amorfos son materiales que tienen átomos ocupando el espacio de forma irregular: no es posible encontrar un patrón de repetición. Un ejemplo de material amorfo es el vidrio.
En los materiales cristalinos, o cristales, los átomos mantienen una posición siguiendo una distribución periódica. Es decir, un sólido cristalino está formado por un pequeño grupo de átomos, con una estructura determinada, y esta estructura se repite de forma periódica a distancias fijas. La gran mayoría de los materiales son cristalinos. Un ejemplo bastante conocido es la sal común, que forma pequeños cubos de sodio y cloro que se van repitiendo por todo el material.
Un cristal ideal se construye pues con una repetición infinita de una unidad estructural, o "celda unidad". Ésta puede contener a su vez varios átomos, dispuestos de cualquier forma. Así, se pueden distinguir dos partes en la celda unidad:
La red: Es la "caja", o estructura que se va a ir repitiendo por todo el cristal, que se delimita por vectores, que no tienen por qué ser perpendiculares, ni tener igual longitud.
La base: Es el contenido de la estructura, que es siempre el mismo, y colocado siempre en las mismas posiciones y orientación respecto del origen de coordenadas de la red.
En los gases y líquidos las interacciones entre átomos no son estables ni duraderas. Por tanto, las posibles alteraciones que puedan sufrir los átomos no son estables, y su estructura interna no se ve afectada.
En un sólido en cambio, la interacción entre átomos es tan intensa que los mantiene estáticos, haciéndolas además duraderas y estables. ¿Cómo afectan estas interacciones a los átomos y su estructura interna? ¿Y cómo contribuyen estas diferencias respecto de un átomo aislado a las propiedades del sólido?
Un sólido es un conjunto de átomos estáticos que ocupan una posición determinada. Existe una primera distinción en la estructura de los sólidos, en función de las posiciones de los átomos:
Los materiales amorfos son materiales que tienen átomos ocupando el espacio de forma irregular: no es posible encontrar un patrón de repetición. Un ejemplo de material amorfo es el vidrio.
En los materiales cristalinos, o cristales, los átomos mantienen una posición siguiendo una distribución periódica. Es decir, un sólido cristalino está formado por un pequeño grupo de átomos, con una estructura determinada, y esta estructura se repite de forma periódica a distancias fijas. La gran mayoría de los materiales son cristalinos. Un ejemplo bastante conocido es la sal común, que forma pequeños cubos de sodio y cloro que se van repitiendo por todo el material.
Un cristal ideal se construye pues con una repetición infinita de una unidad estructural, o "celda unidad". Ésta puede contener a su vez varios átomos, dispuestos de cualquier forma. Así, se pueden distinguir dos partes en la celda unidad:
La red: Es la "caja", o estructura que se va a ir repitiendo por todo el cristal, que se delimita por vectores, que no tienen por qué ser perpendiculares, ni tener igual longitud.
La base: Es el contenido de la estructura, que es siempre el mismo, y colocado siempre en las mismas posiciones y orientación respecto del origen de coordenadas de la red.
Se llama parámetro de red al tamaño de la red, que es la que determina la periodicidad del cristal. En un cristal puede haber distintas periodicidades en cada eje del espacio. Dado un origen de coordenadas, es posible conocer la posición de todos los átomos, dado que todos están distanciados un número entero de veces el parámetro de red.
Redes fundamentales
Una red viene parametrizada por unos vectores. Éstos pueden tener tamaños distintos (dando lugar a distintas periodicidades en cada dirección), y no tienen por qué estar a 90º uno respecto del otro. (En los dibujos se ha representado una red de 2 dimensiones, delimitada por dos vectores. Una red tridimensional se delimita por 3 vectores).
Sin embargo, no cualquier red es válida. Sólo son válidas las que cumplen ciertos requisitos de simetrías. Por ejemplo, la simetría que presenta un pentágono no es válida para hacer una red, ya que esa figura no es capaz de rellenar el espacio sin dejar huecos vacíos.
La simetría que tiene un hexágono sí permite en cambio que pueda hacer una red:
De esta forma, el número de redes posibles se halla limitado. En dos dimensiones, sólo existen 5 tipos de redes, en función de la longitud relativa de cada vector, y el ángulo que forman.
A cada una de estas redes se les denomina Red de Bravais
Para 3 dimensiones, existen unas pocas más: 14 redes de Bravais en total, agrupadas en 7 sistemas distintos.
Jose Galviz EES
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