Materiales Amorfos

Materiales Amorfos Tratemos el tema de sólidos no cristalinos, amorfos o vítreos. En ocasiones también se les describe y denomina como líquidos sobreenfriados. Consideremos en forma comparativa algunas características de los distintos estados de condensación clásicos de la materia, ver Tabla 1. Nótese que en el caso del estado sólido, en esta tabla sólo se considera el caso cristalino. TABLA 1Estado Densidad Mediana Vapor Líquido
a muy baja Alta

una zona del sólido, se conoce el arreglo atómico en forma exacta, en cualquier parte. Por el contrario, en un líquido no hay orden de largo alcance. No obstante, normalmente sí hay un cierto orden de corto alcance; es decir, algunos primeros vecinos de un átomo cualquiera (e incluso, ocasionalmente, todos los vecinos de uno que otro átomo)estarán en las posiciones que corresponderían a satisfacer enlaces. Pero, al no ser perfecto el orden de corto alcance, consecuentemente, no habrá orden de largo alcance. Se puede obtener un material amorfo al enfriar un líquido en forma suficientemente rápida, de modo que los átomos no alcancen a ordenarse al pasar al estado sólido. De esta manera, los sólidos amorfos tienen una estructurainterna, en términos del grado de ordenamiento atómico, similar a la de un líquido (i.e., un cierto orden de corto alcance pero no de largo alcance). Sin embargo, por tratarse de un sólido, la movilidad atómica será de moderada a nula. Así, si obtuviésemos una instantánea fotográfica (imagen congelada) del ordenamiento atómico de un sólido amorfo y de un líquido, no podríamos establecer la diferencia.Por ello es que a los sólidos amorfos también se les denomina “líquidos sobreenfriados”. Los factores que favorecen la formación de un sólido amorfo en el lugar de uno cristalino son: alta velocidad de enfriamiento desde el estado líquido al sólido alta direccionalidad del enlace baja pureza del material De esta manera, será mucho más fácil obtener un sólido amorfo en el caso de un material deenlace covalente (dirigido) que en el de uno de enlace metálico (no direccional). También será más fácil formar un cristal de un elemento puro que cuando hay combinaciones de elementos. Un ejemplo clásico de material amorfo es el vidrio de ventanas, la sílice: SiO2, un sólido covalente Este material presenta varias estructuras cristalinas, pero en todas ellas cada átomo de Si se relaciona con sus 4enlaces tetraédricos con átomos de O: La sílice puede exhibir tres estructuras cristalinas básicas (cuarzo, tridimita y cristobalita, las que a su vez, presentan variantes). La Figura 1 representa la estructura del cuarzo llamada cristobalita alfa; allí se observa que esta estructura del SiO2 es similar a la del Si diamante, considerando que entre cada Si hay que incorporar un O. Dado

MovilidadAlta a muy alta Moderada

Orden
No hay

Sólido cristalino

Alta

Moderada a altas tempera - turas y baja a bajas tempera -turas

No hay orden de largo alcance, pero sí hay cierto orden de corto alcance. Hay orden de corto y, consecuentemente, orden de largo alcance.

Las relativamente altas densidades de sólidos y líquidos, similares además entre sí, señalan que, en ambos casos, lasdistancias interatómica son suficientemente pequeñas como para que los enlaces jueguen un rol relevante. Los enlaces contribuyen a ordenar los átomos del sólido según corresponda a ese tipo de enlace. Por el contrario, en un gas, los enlaces entre moléculas juegan un rol de orden limitado o prácticamente nulo. En un cristal ideal, cada átomo tiene los vecinos que corresponden a satisfacer losenlaces en la condición de equilibrio, lo cual se manifiesta como un orden de corto alcance. Por ejemplo, en el C diamante, cada C tendrá 4 vecinos en disposición tetraédrica; por el contrario, en el caso de un metal puro es importante la no direccionalidad del enlace y el criterio de un arreglo atómico lo más compacto posible. Consecuentemente, al estar determinado el ordenamiento atómico en el corto...