¿Por qué se forman los cristales y por qué lo hacen siempre en ciertas formas?
• Responde: Isaac Asimov
En condiciones ordinarias existen tres estados de la materia: gaseoso, líquido y sólido. En los gases, la energía de los átomos o (lo que es más corriente) de las moléculas que los componen es tan grande y/ o la atracción entre las distintas moléculas es tan pequeña, que éstas se mueven independientes de un lado para otro.
Si la energía disminuye hasta un cierto punto, las moléculas ya no pueden conservar su independencia, y tienen que permanecer en contacto unas con otras. Sin embargo, hay todavía suficiente energía para que las moléculas se muevan un poco, deslizándose unas sobre otras. Lo que tenemos entonces es un líquido.
Si la energía disminuye aún más, las moléculas ya no podrán resbalar y deslizarse, sino que tienen que permanecer fijas en una orientación determinada (aunque, pueden vibrar, y de hecho vibran, de un lado a otro alrededor de esa posición fija). La sustancia es ahora un sólido.
Dos moléculas vecinas (o átomos, o iones) de un sólido no pueden ocupar una posición cualquiera, sino que adoptan una ordenación regular que depende de la proporción de partículas diferentes que haya, de las diferencias, de tamaño que puedan existir, de la presión exterior, etc. En el cloruro sódico, los iones de sodio y los de cloruro están en igualdad de número y difieren en tamaño. En el fluoruro de cesio, los iones de cesio y los de fluoruro están en igualdad numérica, pero los primeros son mucho mayores que los segundos. En el cloruro de magnesio, los iones de magnesio y los de cloruro no difieren apenas en tamaño, pero hay el doble de los segundos que de los primeros. Esto hace que cada compuesto empaquete sus iones de manera diferente.
Cualquier trozo visible de materia compuesta de átomos, iones o moléculas dispuestos de manera ordenada mostrará superficies lisas que se cortan según ángulos fijos. (Es lo mismo que una formación militar vista desde el aire. Quizá no podamos ver uno a uno a cada soldado, pero si van bien formados veremos que la formación es un rectángulo, por ejemplo.) la forma del trozo visible de materia (o «cristal») depende de la ordenación atómica. Para cualquier sustancia dada, y con un conjunto específico de condiciones, sólo hay una distribución atómica posible. De ahí que los cristales tengan siempre una forma dada.
Las sustancias sólidas son casi siempre de naturaleza cristalina, aunque no lo parezca. Para formar un cristal perfecto, lo mejor es empezar con una sustancia pura en disolución (para que no se cuelen átomos extraños que pueden perturbar la ordenación). Luego hay que enfriarla lentamente, para que los átomos tengan tiempo de irse colocando cada uno en su lugar. Lo que predomina en la naturaleza son mezclas de sustancias, y por eso lo que resulta al final es una yuxtaposición de diferentes tipos de cristales que se entrecruzan. Además, si el enfriamiento es muy rápido, se empiezan a formar tantos cristales que ninguno de ellos tiene la oportunidad de pasar del tamaño microscópico, con lo cual cada uno se orienta por su lado y no dan una forma determinada.
Por eso es muy raro ver cristales grandes y limpios en la naturaleza. Lo que solemos encontrar son trozos irregulares de material compuesto por cristales microscópicos que no vemos.
Hay sustancias sólidas que no son cristalinas y que, por tanto, no son realmente sólidas. El vidrio, por ejemplo. El vidrio líquido es muy viscoso, y eso impide que los iones se muevan con soltura y se ordenen adecuadamente. Al enfriarse el vidrio, los iones se van moviendo cada vez más despacio hasta que se detienen del todo, conservando en adelante la posición que tenían en ese momento.
En tales condiciones no hay ordenación ninguna, de modo que el vidrio «sólido» es realmente un «líquido subenfriado». El vidrio es ciertamente duro y parece sólido, pero no tiene estructura cristalina ni tampoco (lo cual es decisivo) un punto de fusión definido. Por eso el vidrio «sólido» se va ablandando poco a poco al calentarlo.
Enviado por: Paco Beruga.
Autor: Isaac Asimov. Doctor en química. Rusia.
Editor: Ricardo Santiago Netto (Administrador de Fisicanet)