Estructura cristalina

En el campo de la química y la física es importante recordar que toda la materia posee masa y que además, pueden encontrarse en diferentes estados dependiendo de la temperatura y la presión a la que se enfrenten. Una de estas formas en las que puede ser encontrada la materia es la estructura cristalina, una manera ordenada y con patrones de repetición en los que puede ser encontrado un átomo, una molécula o un ion.

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Fórmula estructural

¿Qué es la estructura cristalina?

La estructura cristalina es un tipo de estado sólido en el que se puede encontrar los átomos, moléculas o iones que se caracteriza principalmente por contar con un orden espacial alto. Es la arquitectura de tipo corpuscular que puede ser observada en los cuerpos brillantes.

Definición de estructura cristalina

Una estructura cristalina es cualquier tipo de estructura en iones, moléculas o átomos que tiene la capacidad de poder mantenerse unidos siguiendo una disposición de tipo tridimensional ordenada. Este tipo de estructura puede considerarse además, como el nivel más elevado en cuanto al orden que puede tener un determinado material. La estructura cristalina además, es una característica única y específica para un material, en otras palabras, no puede haber un compuesto que esté organizado de la misma manera que otro.

Es considerada como un tipo de marcador de identificación para los compuestos. En este caso, las partículas no se encuentran solas sino más bien están siempre interactuando con otras y por eso, consumen energía de forma constante.

Estructura cristalina de los metales

Una vez que los metales se han logrado solidificar a partir de un estado fundido, se logran ordenar a sí mismo de una forma muy peculiar que se conoce con el nombre de red espacial, una forma muy ordenada en la cual las partículas pueden encontrarse creando una serie de arreglos regulares, repetitivos y además periódicos formando estructuras tridimensionales.

Los metales pueden llegar a ser cristalizados adquiriendo tres diferentes tipos de estructuras. La primera de ellas es la cúbica centrada en el cuerpo, la segunda la hexagonal cerrada y la última, la cúbica cerrada. En todas ellas, el número de átomos metálicos será siempre bastante alto.

Estructura cristalina de los no metales

Los no metales son elementos que se encuentran en la parte superior derecha de la tabla periódica y sus propiedades y comportamiento son muy diferentes a los de los metales. Las estructuras de los no metales son muy diferentes a las de los metales. Los metales cristalizan en conjuntos estrechamente empaquetados que no contienen moléculas ni enlaces covalentes. Las estructuras de los no metales presentan enlaces covalentes y muchos de ellos están formados por moléculas individuales. Los electrones de los no metales se encuentran localizados en enlaces covalentes, mientras que en un metal existe una deslocalización de los electrones en todo el sólido.

Tipos

Dependiendo de la función que exista en los sistemas cristalinos y de la naturaleza química que tengan sus partículas, las estructuras cristalinas pueden ser clasificadas de la siguiente manera:

• Cúbicos o isométricos: a pesar de su nombre, puede que siempre tengan una forma de cubo por lo que en este tipo, se pueden encontrar octaedros (ocho caras) y dodecaedros (10 caras).
• Tetragonal: son bastante parecidos a los cristales cúbicos, pero se diferencian por ser más largos a lo largo de un eje que del otro. Este tipo de cristales tienen la capacidad de formar dobles pirámides y prismas.
• Ortorrómbico: Pueden formar prismas en forma de rombo o dos pirámides unidas, no son cuadrados en su parte transversal.
• Hexagonal: Cuando se observa el cristal de canto, la sección transversal tiene un prisma que posee seis caras, en otras palabras, forma un hexágono.
• Trigonal: Estos cristales cuentas con eje único de rotación de 3 caras en lugar del eje de 6 caras como la que se encuentra en la hexagonal.
• Triclínicos: Estos cristales por lo general no son simétricos de un lado a otro, y esto les da la posibilidad de crear algunas formas bastante extrañas.
• Monoclínico: Por lo general pueden llegar a formar prismas y pirámides dobles.

Importancia

Una de las principales razones por las cuales entender la estructura cristalina es importante es porque éste nos muestra que no sólo es importante entender cuáles son los elementos hay en el mineral, sino que también es muy importante saber cómo se apilan esos elementos. Además, las estructuras cristalinas tienen la capacidad de poder ayudarnos a determinar la disposición que tienen los átomos dentro de un determinado material.

Ayudan a indicar las distintas longitudes de los enlaces y el parámetro de red que posee un material en concreto. Esta disposición es de suma importancia para poder entender también la resistencia y la ductilidad. Además de la ductilidad, la estructura cristalina también determina la resistencia de un material. Las estructuras cristalinas compuestas por defectos puntuales presentan una mayor resistencia y dureza en comparación con los metales puros.

Ejemplos

Estructura cristalina del hierro

El hierro es un tipo de metal alotrópico que tiene la capacidad de poder cambiar la estructura cristalina dependiendo siempre de la temperatura en la que el metal se encuentre. Cuando los átomos de hierro pueden ordenarse por sí solos gracias a los mecanismos de nucleación pueden formar una estructura cristalina que cuando se unen a un grupo vecino, logran delimitar el límite del grano. Luego, cuando la temperatura desciende, el hierro logra modificar la estructura cristalina dando origen al hierro alfa.

Estructura cristalina del titanio

El titanio cuenta con un tipo de estructura cristalina hexagonal compacta a la cual se le conoce con el nombre de alfa. Puede transformarse en una estructura de tipo cúbica que se localiza en el centro del cuerpo a la cual se le conoce con el nombre de beta.

Estructura cristalina del níquel

A temperatura ambiente la estructura cristalina es cara-centrada-cúbica con una base de un átomo de nitrógeno.

Estructura cristalina del mercurio

El tipo de estructura cristalina que puede ser observada en el mercurio es la de tipo romboédrica.

Estructura cristalina del berilio

El berilio es uno de los metales más ligeros y sus átomos interaccionan entre si para formar una estructura cristalina de tipo hexagonal en donde los átomos de berilio cuentan con seis vecinos laterales y tres en la parte superior e inferior.