Estructuras no cristalinas

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ESTRUCTURAS NO CRISTALINAS
SÓLIDOS NO CRISTALINOS

Las estructuras no cristalinas son aquellas que no se componen de unidades tridimensionales repetitivas de átomos que mantienen un cierto orden local, ya sea en forma de poliedros de coordinación regulares o de moléculas de cadena larga, careciendo de un orden de largo alcance propio de los cristales ya que sus subunidades estánempaquetadas al azar.

En un principio se les denominaba estructuras amorfas, pero con la utilización de la difracción de rayos x se mostró que poseían orden de corto alcance, es decir, en la escala del tamaño de la subunidad.

Las estructuras no cristalinas tienen muchas características comunes, desde el punto de vista químico. En efecto sus energías son tan bajas como las de lasordenaciones cristalinas de las mismas moléculas o átomos; su respuesta a los cambios de temperatura es similar, pues no presentan un punto de fusión definido sino que se ablanda paulatinamente cuando la temperatura aumenta y se endurecen conforme la temperatura disminuye. Con mucha frecuencia tienen propiedades físicas y mecánicas semejantes cuando se les mide a una temperatura comparable, conrespecto a sus energías de ligadura.

Las estructuras de los no cristalinos son de tal naturaleza que las ordenaciones de las subunidades pueden ser enredadas de manera fácil y totalmente en el estado liquido siendo casi imposible desenredarlas una vez solidificada. Este proceso se efectúa de diversas formas, pero todas ellas se discuten en función de dos casos limites: redes tridimensionales ymoléculas de cadena larga.

Las redes tridimensionales aparecen cuando las subunidades son poliedros de coordinación que solamente comparten vértices mediante uniones discretas flexibles. Este tipo de ligadura permite muchas ordenaciones de los poliedros de coordinación casi equivalentes en términos de energía debido a que la magnitud de la superposición de los orbitales difiere muyligeramente de una o otra ordenación. Como sólo unas pocas de estas ordenaciones pueden ser cristalinas, la mayoría de ellas representará estructuras no cristalinas. El otro caso limite representa cuando las subunidades son cadenas moleculares flexibles muy largas, que se entrelazan.

En ambos casos limites la movilidad de las subunidades en el liquido a temperatura de congelación en equilibrio, es muybaja, cuando se encuentra a una temperatura muy fría, la estructura permanece no cristalina indefinidamente debido a que su pasaje a la cristalina exigiría un movimiento atómico mayor que el posible.

La respuesta al cambio de temperatura de los materiales con este tipo de estructuras no cristalinas están relacionadas con el tipo de ligadura y su estructura. Los materiales sólidos nocristalinos no tienen un punto definido de solidificación, esto se considera como un proceso de solidificación asociado con un cambio de energía para las uniones entres las subunidades. Puesto que los entornos de las subunidades no son idénticas entre si, tampoco lo son las energías de unión de las subunidades aun cuando las diferencias puedan ser pequeñas. Cuando se enfría un material con este tipo deestructura, las uniones de energía mínima (mas negativa), son las primeras en formarse haciendo que las subunidades comiencen a “adherirse” localmente; luego, a medida que la temperatura sigue disminuyendo, las uniones más débiles se van formando gradualmente hasta que el material endurece por completo.

La temperatura a la cual el material que se va a solidificar aparece primero como una masarígida es llamada temperatura de transición vítrea Tg, por que a temperatura mucho mas baja el material será “frágil” como los vidrios y a otras mucho mas alta tiende a comportarse como un liquido muy viscoso.

Gran numero de los materiales compuestos por estas estructuras “no cristalinas” son transparentes, tanto en estado liquido como en sólido. Se debe a que no tienen inclusiones,...
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