Estructura cristalina

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Los materiales sólidos pueden ser cristalinos o amorfos. El concepto de estructura cristalina está relacionado con la organización de los átomos en forma geométrica.

Las estructuras cristalinas están presentes en varios materiales, en los que los átomos distribuidos dentro de su estructura forman una red denominada retículo cristalino. Por tanto, las sales, los metales y la mayoría de los minerales tienen estructuras cristalinas.

Las moléculas de las estructuras cristalinas pueden tener dos tipos de enlaces, los direccionales, que incluyen el covalente y dipolo-dipolo y los no direccionales que son los enlaces metálicos, iónicos, de van der Walls.

Las estructuras cristalinas están formadas por células unitarias que son su unidad básica, ya que constituyen el conjunto más pequeño de átomos asociados que se encuentran en una estructura cristalina.

Hay siete tipos de sistemas cristalinos que cubren sustancias conocidas por el hombre:

  • Cúbico: donde todos los ángulos son iguales a 90º
  • Tetragronal: donde todos los ángulos son iguales a 90º
  • Ortorrómbico: donde todos los ángulos son iguales a 90º
  • Monoclínico: donde hay dos ángulos iguales a 90º y dos ángulos diferentes de 90º
  • Triclínico: donde todos los ángulos son diferentes y ninguno es igual a 90º
  • Hexagonal: donde dos ángulos son iguales a 90º y un ángulo es igual a 120º
  • Romboédrico: en el que todos los ángulos son iguales, pero distintos de 90º.

Para cada posible ubicación de átomos, iones o moléculas en ciertos puntos, existe una clasificación de estructuras cristalinas en las redes de Bravais. Así, se puede representar mediante una tabla con datos de una de las siete clasificaciones anteriores, según el material elegido.

La característica de los elementos metálicos es la transformación de líquido a sólido, adquiriendo la apariencia de estructuras densas, como el cuerpo centrado cúbico.

Cuando un mismo elemento químico o compuesto tiene diferentes formas cristalinas según las condiciones de presión y temperatura, este fenómeno se denomina polimorfismo. Como ejemplo tenemos el Hierro (Fe), que puede presentar las estructuras CFC (cristalino cúbico de caras centradas) y CCC (cristalino cúbico de cuerpo centrado), aspecto a tener en cuenta tanto en su uso, como en procesos metalúrgicos. El carbono es también un ejemplo de elemento polimórfico, presente en el diamante, que es una estructura extremadamente dura, y también en el grafito, que es frágil.

La mayor parte del conocimiento sobre estructuras cristalinas se adquiere mediante técnicas de rayos X, lo que permite obtener información sobre la ubicación correcta de cada átomo.

Las estructuras cristalinas tienen características como la piezoelectricidad, que es la capacidad de generar una corriente eléctrica si existe algún tipo de presión mecánica; ferroelectricidad que, si bien no conducen corriente eléctrica, de acuerdo a su temperatura desarrollan polarización espontánea, la cual puede invertirse permitiendo el uso de un campo eléctrico externo; Efecto piroeléctrico en el que el aumento de temperatura provocará una polarización espontánea, en el que se puede aprovechar el campo eléctrico generado en la superficie del material y son semiconductores.

Debido a estas propiedades, los materiales con estructuras cristalinas son ampliamente utilizados por la industria en la fabricación de termómetros, transistores, cámaras, relojes y básculas.

Fuentes:
NEVES, Paulo Cesar Pereira. Introducción a la mineralogía práctica. 2ª Ed. Canoas: ULBRA. 2008.

WIKIPEDIA. Disponible en .

http://www.cdcc.sc.usp.br/elementos/carbono.html