Quimica unidad5

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estructura y
ProPIedades de
los materIales

Los objetivos de la presente unidad son que el alumno:
• Aplique los principios básicos de la química en la comprensión de las propiedades
de los materiales sólidos.
• Comprenda que las propiedades de las sustancias dependen en gran medida del
tipo de enlace químico que exista entre sus átomos.
• Explique la combinación entre enlacequímico de corto y largo alcance.
• Deina las propiedades mecánicas de los materiales.
• Identiique las propiedades generales de los materiales que contienen cristales
metálicos, cristales covalentes y cristales mixtos.

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Estructura y propiedades de los materiales

Introducción a la teoría del enlace químico en sólidos
El enlace químico que une a dos átomos (corto alcance) depende del tipo deelementos enlazados
y el número de electrones de valencia disponibles. Cuando hay electrones extra, en número
suficiente para unir a más átomos, ese mismo tipo de enlace se extiende hacia otros átomos
vecinos y puede alcanzar a los que se encuentren más alejados (largo alcance).
El tipo de enlace que mantiene unidos a los átomos, iones o moléculas de una sustancia
determina laspropiedades que la caracterizan; entre éstas se destaca el estado de agregación a
condiciones normales de temperatura y presión. La mayoría de las sustancias pueden existir
en cualquiera de los tres estados de la materia (sólido, líquido y gaseoso), dependiendo de la
posibilidad de mantener unidas sus partículas; mediante la aplicación de suficiente energía es
posible romper sus enlaces primarios, aunquelas fuerzas de interacción molecular pequeñas
requieren de muy poca energía.

Tipos de enlace y tipos de sólidos
Las sustancias cuyas partículas se encuentran enlazadas mediante enlaces primarios: covalentes,
iónicos, metálicos o una combinación de ellos, son sólidos a temperatura ambiente debido a
que se requiere gran cantidad de energía para romper dichos enlaces y mantener separadas suspartículas. Como consecuencia de lo anterior, para obtener los correspondientes líquidos o gases
de esos materiales, será necesario calentarlos a temperaturas más altas que la del ambiente.
Una característica importante de estos materiales es que no están formados por partículas
finitas, sino que todo el conjunto de átomos conforma una sola molécula, misma que se
representa químicamente con la mínimarelación de todos los átomos que las constituyen.
Así, por ejemplo, el diamante (figura 5.1), formado solamente por átomos de carbono unidos
mediante enlaces covalentes, se representa como C; el cloruro de sodio, sustancia iónica formada
por iones de sodio y de cloro en una relación 1:1 (figura 5.2), se representa como NaCl; el
cuarzo se representa como SiO2 porque está constituido por un átomo desilicio por cada dos
átomos de oxígeno y los materiales metálicos puros, formados por sólo un tipo de átomo, como
el cobre (figura 5.3), se representa mediante su símbolo químico correspondiente, en este caso
como Cu. Todos y cada uno de los átomos que constituyen estos materiales, se encuentran
unidos mediante enlaces primarios, tanto a corto como a largo alcance.

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5Figura 5.1
Estructura del
diamante. Formado
por un conjunto
indeterminado de
átomos. Las esferas
representan átomos de
carbono.

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Química

Figura 5.2
Estructura del cloruro
de sodio (NaCl). Se
representa con la
relación mínima de un
ion de sodio por cada
ion de cloro, aunque
esté formado por
innumerables átomos
de sodio y cloro.

Figura 5.3
Estructura del cobre.
Se representa
con su símbolo(Cu) aunque
esté formado por
innumerables
átomos del metal.

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Existen otro tipo de sustancias constituidas por moléculas finitas (figura 5.4) que contienen un
número determinado de átomos unidos por fuertes enlaces covalentes primarios, estas moléculas
carecen de electrones adicionales que les permitan enlazarse con las otras moléculas, de manera
que la unión entre ellas se logra...