A nivel atómico, los sólidos tienen tres estructuras básicas. Las moléculas de vidrios y arcillas son muy desordenadas, sin una estructura o patrón repetitivo para su disposición: estos se llaman sólidos amorfos. Los metales, las aleaciones y las sales existen como retículas, al igual que algunos tipos de compuestos no metálicos, incluidos los óxidos de silicio y las formas de grafito y diamante del carbono. Los enrejados comprenden unidades repetitivas, la más pequeña de las cuales se llama celda unitaria. La celda unitaria contiene toda la información necesaria para construir una macroestructura de celosía de cualquier tamaño dado.
Características estructurales del enrejado
Todas las celosías se caracterizan por estar altamente ordenadas, con sus átomos o iones constituyentes en su lugar a intervalos regulares. La unión en redes metálicas es electrostática, mientras que la unión en óxidos de silicio, grafito y diamante es covalente. En todos los tipos de retícula, las partículas constituyentes están dispuestas en la configuración más energéticamente favorable.
Energía de celosía metálica
Los metales existen como iones positivos en un mar o nube de electrones deslocalizados. El cobre, por ejemplo, existe como iones de cobre (II) en un mar de electrones, y cada átomo de cobre ha donado dos electrones a este mar. Es la energía electrostática entre los iones metálicos y los electrones lo que le da al enrejado su orden y sin esta energía el sólido sería un vapor. La fuerza de un enrejado metálico se define por su energía reticular, que es el cambio de energía cuando se forma un mol de una red sólida a partir de sus átomos constituyentes. Los enlaces metálicos son muy fuertes, por lo que los metales tienden a tener altas temperaturas de fusión, siendo el punto de fusión el que se rompe la red sólida.
Estructuras covalentes inorgánicas
Dióxido de silicio, o sílice, es un ejemplo de un enrejado covalente. El silicio es tetravalente, lo que significa que formará cuatro enlaces covalentes; en sílice cada uno de estos enlaces es a un oxígeno. El enlace de silicio-oxígeno es muy fuerte y esto hace que la sílice sea una estructura muy estable con un alto punto de fusión. Es el mar de electrones libres en metales que los hacen buenos conductores eléctricos y térmicos. No hay electrones libres en sílices u otras redes covalentes, por lo que son malos conductores de calor o electricidad. Cualquier sustancia que es un conductor pobre se llama aislante.
Diferentes estructuras covalentes
El carbono es un ejemplo de una sustancia que tiene diferentes estructuras covalentes. El carbono amorfo, como se encuentra en hollín o carbón, no tiene estructura repetitiva. El grafito, utilizado en los cables de los lápices y la producción de fibra de carbono, en mucho más ordenado. El grafito comprende capas de átomos de carbono hexagonales de una capa de espesor. El diamante es aún más ordenado, y comprende enlaces de carbono para formar una red tetraédrica rígida e increíblemente fuerte. Los diamantes se forman bajo condiciones extremas de calor y presión, y el diamante es la más dura de todas las sustancias naturales conocidas. Aunque químicamente, el diamante y el hollín son idénticos. Las diferentes estructuras de elementos o compuestos se llaman alotropos.
