Solido Un cuerpo sólido, uno de los tres

estados de agregación de la materia, se caracteriza porque opone resistencia a cambios de forma y de volumen. Existen varias disciplinas que estudian los sólidos:

• La física del estado sólido estudia cómo emergen las propiedades físicas de los sólidos a partir de su estructura de la materia condensada.

• La mecánica de sólidos deformables estudia propiedades macroscópicas desde la perspectiva de la mecánica de medios continuos (tensión, deformación, magnitudes termodinámicas, &c.) e ignora la estructura atómica interna porque para cierto tipo de problemas esta no es relevante.

• La ciencia de los materiales se ocupa principalmente de propiedades de los sólidos como estructura y transformaciones de fase.

• La química del estado sólido se especializa en la síntesis de nuevos materiales.

Cubo de hielo (agua en estado sólido)

Manteniendo constante la presión a baja temperatura los cuerpos se presentan en forma sólida y encontrándose entrelazados formando generalmente estructuras cristalinas. Esto confiere al cuerpo la capacidad de soportar fuerzas sin deformación aparente. Son, por tanto, agregados generalmente rígidos, incompresibles (que no pueden ser comprimidos), duros y resistentes. Poseen volumen constante y no se difunden, ya que no pueden desplazarse.

Estructura cristalina del hielo

Video acerca de los sólidos

Los sólidos presentan propiedades específicas:

• Elasticidad: Un sólido recupera su forma original cuando es deformado. Un resorte es un objeto en que podemos observar esta propiedad.

• Fragilidad: Un sólido puede romperse en muchos pedazos (quebradizo).• Dureza: Un sólido es duro cuando no puede ser rayado por otro más blando. El diamante es un

sólido con dureza elevada.• Forma definida: Tienen forma definida, son relativamente rígidos y no fluyen como lo hacen

los gases y los líquidos, excepto a bajas presiones extremas.• Volumen definido: Debido a que tienen una forma definida, su volumen también es constante.• Alta densidad: Los sólidos tienen densidades relativamente altas debido a la cercanía de sus

moléculas por eso se dice que son más “pesados”• Flotación: Algunos sólidos cumplen con esta propiedad, solo si su densidad es menor a la del

liquido en el cual se coloca.• Inercia: es la dificultad o resistencia que opone un sistema físico o un sistema social a posibles

cambios, en el caso de los sólidos pone resistencia a cambiar su estado de reposo.• Tenacidad: En ciencia de los Materiales la tenacidad es la resistencia que opone un material a

que se propaguen fisuras o grietas.• Maleabilidad: Es la propiedad de la materia, que presentan los cuerpos a ser labrados por

deformación. La maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa, teniendo en común que no existe ningún método para cuantificarlas.

• Ductilidad La ductilidad se refiere a la propiedad de los sólidos de poder obtener hilos de ellos

Los solidos formados por moleculas apolares como el Cl2, el H2 o el CO2, son blandos como corresponde a la debilidad de las fuerzas de interacción entre ellas (fuerzas de Van der Waals).

Presentan un punto de fusión bajo lo que indica que sólo a bajas temperaturas, las débiles fuerzas ordenadores del enlace

pueden predominar sobre el efecto disgregador del calor. Su conductividad eléctrica es extremadamente baja como

corresponde a la ausencia de cargas libres

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. Las moléculas de un sólido tienen una gran cohesión y adoptan formas bien definidas

Ejemplo de la densidad de algunos elementos en estado solido

MAS CARACTERÍSTICAS DE LOS SÓLIDOS:

• Las partículas que lo forman se encuentran ordenadas espacialmente, ocupando posiciones fijas, dando lugar a una estructura interna cristalina, debido a que las fuerzas intermoleculares son muy fuertes.

• Las partículas pueden ser: moléculas, átomos o iones.

Si las partículas son ÁTOMOS, los mismos 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.Si las partículas son MOLÉCULAS, las mismas se encuentran unidas entre si 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.Si las partículas son 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.

Polimorfismo

El polimorfismo es la propiedad de un material de existir en más de un tipo de red espacial en el estado sólido, si el cambio en estructura es reversible, entonces el cambio polimórfico se conoce como alotropía. Por lo menos quince metales muestran esta propiedad, y el hierro es el ejemplo mejor conocido. Cuando el hierro existe en más de un tipo de red espacial en el estado sólido.

La red espacial:es la distribución simétrica y ordenada de los átomos en un espacio determinado.

Algunos metales como el hierro, manganeso, cobalto, estaño, pueden tener,según la temperatura de calentamiento, distintas estructuras en sus redescristalinas y por consiguiente poseer propiedades diferentes. Este fenómeno sedenomina alotropía o polimorfísmo. Las formas alotropicas suelen representarsepor las letras del alfabeto griego α, β, γ, δ, etc.

La red cristalográfica: se forma cuando existe una repetición tridimensional de la red espacial, es cuando en cada punto de ese espacio existe un átomo o una molécula (ordenados de manera geométrica), por lo tanto un cristal es una red cristalográfica, es decir una formación tridimensional y ordenada de átomos en el espacio, es por ello que hay distintos tipo de cristales, pero todos con forma determinada y simétrica.

En el diamante, los átomos constituyen una red tridimensional que se extiende a lo largo de todo un cristal. Esta disposición hace que el diamante sea la sustancia más dura que existe en la naturaleza.

El grafito está formado por capas de carbono compuestas por anilloshexagonales de átomos

El polimorfismo de los metales.

• Los polimorfos de los metales se suelen denominar (con excepciones) con las letras griegas a, b, g... conforme aumenta la temperatura. Incluso algunos metales revierten a la forma estable a baja temperatura cuando alcanzan temperaturas más altas. El hierro presenta las siguientes transiciones: a-Fe (cúbico centrado en cuerpo) es estable hasta 906 ºC, cuando se convierte en g-Fe(cúbico compacto), el cual a su vez retorna a a-Fe a los 1401 ºC, y se mantiene en esta forma hasta que funde a los 1530 ºC. La forma b (hexagonal compacta) aparece bajo alta presión. Otro ejemplo de polimorfismo es el del estaño. A temperatura ambiente el polimorfo estable es el estaño blanco b-Sn, que se convierte en estaño gris, a-Sn, por debajo de 14.2 ºC.

SÓLIDOS AMORFOS

¿Qué son los sólidos amorfos?• son sustancias que al ser sometidas a

experimentación, ponen de manifiesto: su resistencia a la fluencia, característica del estado cristalino (sin presentar una tendencia a asumir la forma geométrica de los cristales ya que presentan poca o ninguna organización estructural).

• Un sólido amorfo consiste en partículas acomodadas en forma irregular y por ello no tienen el orden que se encuentra en los cristales

Estructura amorfa

• Si un sólido se forma rápidamente, sus átomos o moléculas no tienen tiempo de alinearse por si mismos y pueden quedar fijos en posiciones distintas a las de un cristal ordenado, al cual se le llama sólido amorfo.

• Los sólidos sin estructura cristalina, como el vidrio, se denominan amorfos.

Propiedades de los Sólidos Amorfos

• Sus moléculas están acomodas en forma irregular y por ello no tienen el orden que se encuentran en los cristales. (ejemplo el vidrio)

• .

• Difieren de los cristales en la manera en que se funden

• No tienen punto de fusión bien definida• Al igual que los líquidos y gases, son

isótropicos, es decir sus propiedades son iguales en todas las direcciones

Modelos de Estructura Amorfa

• Modelo Microcristalino• Modelo Poliédrico• Modelo de Empaquetamiento Denso al Azar

Para determinar la distribución de átomos en un material y por tanto acercarnos al tipo de orden que presenta se pude determinar por un análisis de rayos X.