ESTADO SÓLIDO

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ESTADO SóliDO QUÍMiCA GENERAl i – FQByF - UNSl 
 
ESTADO SÓLIDO 
En el estado sólido, las fuerzas cohesivas son más fuertes que las fuerzas 
disruptivas. Cada partícula de un sólido cristalino ocupa una posición fija en la red 
cristalina. La energía cinética (disruptiva) hace que las partículas vibren alrededor de 
sus posiciones fijas, pero las fuertes fuerzas cohesivas evitan que la red se rompa. Las 
propiedades de los sólidos se explican mediante la teoría cinética de la siguiente 
manera: 
Alta densidad. Las partículas de sólidos se ubican lo más juntas posible. Por lo tanto, 
un gran número de partículas están contenidas en un pequeño volumen, lo que da como 
resultado una alta densidad. 
Forma definida. Las fuertes fuerzas cohesivas mantienen las partículas de sólidos en 
posiciones esencialmente fijas, dando como resultado una forma definida. 
Baja compresibilidad. Debido a que hay muy poco espacio entre las partículas de 
sólidos, el aumento de la presión no puede acercarlas y tendrá poco efecto en el 
volumen. 
Expansión térmica muy pequeña. El aumento de la temperatura aumenta el 
movimiento vibratorio de las partículas y las fuerzas disruptivas que actúan sobre ellas. 
Cada partícula vibra con una mayor amplitud y "ocupa" un volumen ligeramente mayor. 
Sin embargo, solo hay una ligera expansión del sólido porque las fuertes fuerzas 
cohesivas evitan que este efecto se vuelva muy grande. 
 
 
La energía potencial resulta de atracciones o repulsiones de partículas. Varias de estas interacciones 
son familiares, como la atracción gravitatoria de la Tierra y el comportamiento de los polos de dos 
imanes que se acercan. En cada uno de estos ejemplos, el tamaño de la fuerza y la energía potencial 
dependen de la distancia de separación. El mismo comportamiento se encuentra para la energía 
potencial de las partículas de tamaño atómico. La energía potencial de atracción aumenta a medida 
que aumenta la distancia de separación, mientras que la energía potencial de repulsión disminuye al 
aumentar la separación. 
La teoría cinética molecular proporciona explicaciones razonables para muchas de las propiedades 
observadas de la materia. Un factor importante en estas explicaciones es la influencia relativa de las 
fuerzas cohesivas y las fuerzas disruptivas. Las fuerzas cohesivas son las fuerzas de atracción 
asociadas con la energía potencial y las fuerzas disruptivas resultan del movimiento de partículas 
(energía cinética). 
Las fuerzas disruptivas tienden a dispersar las partículas y hacerlas independientes entre sí; las 
fuerzas cohesivas tienen el efecto contrario. Así, el estado de una sustancia depende de la fuerza 
relativa de las fuerzas cohesivas que mantienen unidas las partículas y de las fuerzas disruptivas que 
tienden a separarlas. Las fuerzas cohesivas son esencialmente independientes de la temperatura. Las 
fuerzas disruptivas aumentan con la temperatura porque surgen del movimiento de las partículas, que 
aumenta con la temperatura. Esto explica por qué la temperatura juega un papel tan importante en la 
determinación del estado en el que se encuentra la materia. 
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Estructura cristalina 
Al echar una mirada rápida al mundo que 
nos rodea, resulta obvio que a temperatura ambiente 
la mayoría de los materiales son sólidos y no 
líquidos o gases. También es obvio que hay muchas 
clases distintas de sólidos, algunos de los cuales, 
como el hierro y el aluminio, son duros y metálicos, 
otros, como el azúcar y la sal de mesa, son 
cristalinos y se rompen con facilidad; otros más, como el caucho y muchos plásticos, 
son suaves y amorfos. La diferencia fundamental entre esta variedad de sólidos es que 
algunos son cristalinos y otros son amorfos. Los sólidos cristalinos son aquellos cuyas 
partículas que los constituyen —átomos, iones o moléculas— tienen un arreglo 
ordenado, es decir, sus átomos, moléculas o iones ocupan posiciones específicas. Este 
orden en el nivel atómico también se observa en el nivel macroscópico, ya que los 
sólidos cristalinos por lo general tienen caras planas y ángulos específicos. Gracias a la 
distribución de estas partículas en el sólido cristalino, las fuerzas netas de atracción 
intermolecular son máximas. Por el contrario, los sólidos amorfos son aquéllos en los 
que las partículas que los constituyen se acomodan al azar, es decir, carecen de una 
estructura ordenada y de un orden molecular repetido. Un ejemplo es el vidrio, que se 
obtiene al enfriar un líquido de forma tan rápida que sus unidades estructurales se 
“congelan” en posiciones aleatorias antes que puedan acomodarse en un arreglo 
cristalino ordenado. 
 
Sólidos cristalinos. 
En un sólido cristalino existe una unidad de repetición relativamente pequeña, 
llamada celda unitaria, la cual se compone de una disposición única de átomos y 
representa la estructura del sólido. La estructura del cristal se construye por el 
apilamiento de esta unidad una y otra vez en las tres dimensiones. Así, la estructura de 
un sólido cristalino se define por el tamaño y forma de la celda unitaria y por la 
localización de los átomos dentro de la celda unitaria. 
Hay siete formas básicas que pueden adoptar las celdas unitarias. Estas formas 
básicas dan origen a siete sistemas cristalinos que se usan para clasificar a los cristales. 
Un cristal que pertenece a cierto sistema cristalino tiene una celda unitaria con una de 
las siete formas que se muestran en la tabla 1. Cada forma de la celda unitaria se 
caracteriza por los ángulos específicos entre las caras de la figura geométrica y la 
longitud de sus lados o aristas. Es decir que a la celda unitaria podemos definirla a 
través ciertos parámetros, conocidos como parámetros de la celda. Estos son, tres 
vectores linealmente independientes (a, b y c) que representan la longitud de sus caras y 
que son llamados ejes cristalográficos de la celda; como también por sus ángulos de 
orientación (α, β y γ). 
 
 
 El sólido más ligero conocido es un 
material artificial, el aerogel, que tiene 
una densidad de 1,9 mg/cm³, mientras 
que el más denso es un metal, 
el osmio (Os), que tiene una densidad 
de 22,6 g/cm³. 
 
https://www.quimica.es/enciclopedia/Aerogel.html
https://www.quimica.es/enciclopedia/Osmio.html
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Figura 1. a) Una celda unitaria y b) su extensión en tres dimensiones. Las esferas negras representan 
átomos o moléculas. 
 
 
 
Cúbico Tetragonal Hexagonal Trigonal (Romboédrica) 
Rómbico 
(Ortorómbico) Monoclínico Triclínico 
todos iguales 
a=b=c 
dos iguales 
a=b≠c 
todos iguales 
a=b=c 
los tres lados son distintos 
a≠b≠c 
Ángulos rectos 
α=β=γ=90º 
α=β=90º 
γ=120º α=β=γ≠90º 
Ángulos rectos 
α=β=γ=90º α=β=90º≠γ α≠β≠γ≠90º 
 
 
Tabla 1. En la siguiente tabla se muestran las características de las 7 posibles celdas unitarias. En 
la primera fila se indican sus nombres, en la segunda las proporciones de los lados (a, b, c) de la celda 
unidad y en la última fila están los ángulos que forman esos lados entre sí (α, β, γ). 
 
Elementos de simetría 
 
Las celdas de un cristal presentan elementos de simetría, que son: 
 
• Eje de simetría: es una línea imaginaria que pasa a través del cristal, alrededor 
de la cual, al realizar este un giro completo, repite dos o más veces el mismo aspecto. 
Los ejes pueden ser: monarios, si giran el motivo una vez (360°); binarios, si lo giran 
dos veces (180°); ternarios, si lo giran tres veces (120°); cuaternarios, si lo giran cuatro 
veces (90°); o senarios, si giran el motivo seis veces (60°). 
• Plano de simetría: es un plano imaginario que divide el cristal en dos mitades 
simétricas especulares, como el reflejo en un espejo, dentro de la celda. Puede haber 
múltiples planos de simetría. 
• Centro de simetría: es un punto dentro de la celda que, al unirlo con cualquiera 
de la superficie, repite al otro lado del centro y a la misma distancia un punto similar. 
 
 
 
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Tipos de sólidos 
 
 Una manera de clasificar a los sólidos es por el tipo de fuerza que mantiene 
unidas a las unidades estructurales. En algunos casos estas fuerzas son entre moléculas 
que las mantienen juntas; en otros casos las fuerzas son enlaces químicos (enlaces 
metálicos, covalentes o iónicos) entre átomos. Desde este punto de vista hay cuatro 
diferentes tipos de sólidos: 
 
• Sólidos moleculares: consiste en átomos o moléculas que se mantienen juntos 
mediante fuerzas intermoleculares. Ejemplo: agua sólida. 
 
 
• Sólido metálico: consiste en núcleos de átomos con carga positiva unidos entre 
sí mediante un “mar” de electrones (enlace metálico) que los rodea. En este tipo 
de enlaces, los electrones deslocalizados rodean a los núcleos atómicos con 
carga positiva. Ejemplo: plata metálica. 
 
 
• Sólido iónico: consiste en cationes y aniones unidos entre sí por la fuerza 
eléctrica de atracción entre cargas opuestas (enlace iónico). Ejemplo: NaCl. 
 
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• Sólido de red covalente: consiste en átomos que forman largas redes o cadenas 
mediante enlaces covalentes. Ejemplo: en el diamante cada átomo de C forma 
enlaces covalentes con otros cuatro átomos de C, de forma que todo el cristal 
puede considerarse como una enorme molécula.