Sólidos de red covalente

Definición de los sólidos de red covalentes

Empecemos por la definición de los sólidos covalentes de red.

En un sólido de red, los átomos están unidos formando una red continua. Debido a ello, no hay moléculas individuales, por lo que todo el sólido puede considerarse una macromolécula (palabra elegante para "molécula grande").

Estructura de un sólido de red covalente

Hay dos tipos de sólidos de red covalentes: los sólidos cristalinos y los amorfos.

Los sólidos de redcristalinos están formados por celdas unitarias individuales.

Si piensas en un sólido de red covalente como en una colcha, las células unitarias son los parches que se repiten a lo largo del patrón. Por ejemplo, aquí tienes la celda unitaria del diamante (un sólido en red de átomos de carbono):

Fig.2-Célula unitaria del diamante

El diamante es sólo una de las formas que puede adoptar el carbono. Las distintas formas del carbono (llamadas alótropos) dependen de las distintas celdas unitarias/uniones covalentes dentro del sólido.

Como la celda unitaria es un "trozo" de toda la macromolécula, todo el "edredón" es en realidad este patrón repetido muchas veces.

El segundo tipo de sólido covalente es el amorfo. Estos sólidos también se llaman"vid rios" y están desordenados como los líquidos, pero tienen la rigidez de un sólido. Existen varios tipos de vidrios, el más común es el dióxido de silicio (_SiO2), que se muestra a continuación:

Fig. 3-El dióxido de silicio (vidrio) es un sólido amorfo de red covalente

Las líneas de puntos muestran que la estructura continúa más allá de lo que se muestra. Los pequeños átomos morados son silicio, mientras que los átomos verdes más grandes son oxígeno.

Aunque la fórmula es _SiO2, verás que el silicio está unido a tres oxígenos. Como ya se ha dicho, no hay moléculas individuales en un sólido de red covalente. No puedes aislar una molécula de _SiO2 porque no hay ninguna.

Como he mencionado antes, un rayo puede formar vidrio a partir de arena. Los vidrios se forman cuando la sustancia se calienta rápidamente y luego se enfría. La estructura inicialmente ordenada del átomo se altera, y el enfriamiento rápido impide que se produzca el ordenamiento atómico.

Sólidos de red covalente Ejemplos

La fuerza de un sólido de red covalente depende de los enlaces que haya en su interior. Por ejemplo, el grafito también es un alótropo del carbono, pero es mucho más débil que el diamante. La razón por la que es más débil es que la molécula no está totalmente estructurada a base de enlaces covalentes.

El grafito está compuesto por láminas de carbono. Cada "lámina" individual se mantiene unida por enlaces covalentes, pero las capas de láminas se mantienen unidas por las fuerzas intermoleculares (entre moléculas).

La principal fuerza que mantiene unidas estas láminas es el apilamiento π-π. Este apilamiento se debe a que los carbonos están en anillos aromáticos (estructuras cíclicas con alternancia de enlaces simples y dobles), como se muestra a continuación:

Fig.4-Estructura del grafito

El carbono forma normalmente cuatro enlaces, pero aquí sólo forma tres. El electrón π "extra" que se utilizaría para el enlace se deslocaliza y puede viajar libremente por la lámina. Los electrones π deslocalizados de cada carbono de la lámina se mueven libremente y pueden causar dipolos temporales.

En un dipolo, hay una separación de cargas opuestas a través de una distancia. En este caso, estas cargas se forman cuando los electrones se reparten de forma desigual. Esto provoca una carga negativa parcial donde hay una mayor densidad de electrones y una carga positiva parcial donde faltan electrones.

El extremo positivo del dipolo atrae a los electrones de la lámina vecina. Esta atracción provoca una dispersión desigual de electrones, dando lugar a un dipolo en esa lámina. La atracción entre estos dipolos es lo que mantiene unidas estas láminas.

Esencialmente, las láminas de anillos aromáticos forman dipolos, que provocan dipolos en las láminas vecinas, haciendo que se "apilen".

Los compuestos como la mica también tienen esta forma.

Cuando antes vimos el dióxido de silicio, vimos su forma amorfa: el vidrio. Sin embargo, el dióxido de silicio también tiene una forma cristalina llamada cuarzo, que se muestra a continuación:

Fig.5-Estructura del cuarzo

Como el cuarzo es simétrico y rígido, mientras que el vidrio no lo es, puede someterse a mayores temperaturas y presiones (es decir, es más fuerte).

Propiedades de los sólidos de red covalentes

Las propiedades de los sólidos de red covalente se deben en gran medida a los enlaces covalentes que contienen. Éstas son

• Dureza

• Alto punto de fusión

• Baja o alta conductividad (depende del enlace)

• Baja solubilidad

Repasemos cada una de estas propiedades.

Los sólidos de red covalente son duros/frágiles. Los enlaces covalentes son muy fuertes y difíciles de romper, lo que provoca esta dureza. El diamante, una de las sustancias más fuertes de la Tierra, puede resistir 6 millones de atmósferas. ¡Eso sí que son enlaces fuertes!

Sin embargo, las deformaciones que no requieren la ruptura de estos enlaces son más fáciles de realizar, como el deslizamiento de láminas de grafito (esto altera las fuerzas intermoleculares, no los enlaces). Además, los sólidos amorfos son más débiles que los cristalinos, ya que son menos rígidos

Los sólidos de red tienen un punto de fusión elevado porque es difícil romper los fuertes enlaces covalentes. Sin embargo, los sólidos amorfos no tienen un punto de fusión definitivo. En cambio, se funden/ablandan en un intervalo de temperaturas.

La conductividad de un sólido de red depende del tipo de enlace. Las moléculas que tienen láminas unidas por fuerzas intermoleculares (tienen electrones deslocalizados), como el grafito o la mica, tienen una conductividad elevada. Esto se debe a que la electricidad puede "fluir" a través de estos electrones deslocalizados.Por otro lado, las moléculas que sólo tienen enlaces covalentes (no tienen electrones deslocalizados), como el diamante o el cuarzo, tienen una conductividad baja. Esto se debe a que todos los electrones se mantienen en su sitio gracias a los enlaces covalentes, por lo que no hay "espacio" para el movimiento de los electrones.Por último, los sólidos de redes covalentes suelen ser insolubles en cualquier disolvente. Cuando las especies se disuelven, las partículas de soluto (especies que se disuelven) deben encajar entre las partículas de disolvente (especies que se disuelven). Como las macromoléculas son tan grandes, resulta difícil disolverlas