Cristaloquimica. Un mineral tiene una composición química

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LOS ENLACES

Las fuerzas que unen entre si los átomos componentes de los sólidos cristalinos, tienen naturaleza eléctrica y la clase e intensidad de estas fuerzas tienen gran importancia como determinantes de las propiedades físicas y químicas de los minerales. La dureza, exfoliación, fusibilidad, conductibilidad eléctrica y térmica, la compresibilidad y el coeficiente de dilatación térmica están relacionados directamente con las fuerzas de enlace. En general en cuanto más fuerte es el enlace, más duro es el cristal, más elevado su punto de fusión y menor su coeficiente de dilatación por el calor. Por ello atribuimos la gran dureza del diamante a las fuerzas eléctricas muy intensas que ligan los átomos del carbono, que lo forman. Estas fuerzas eléctricas son enlaces químicos, y son descritos como pertenecientes a uno u otro de los 5 tipos de enlaces principales: iónico, covalente, metálico, van der Waals y enlaces de hidrogeno, debiendo entenderse que se trata de una clasificación de conveniencia y que puedan existir transiciones o híbridos entre todos los tipos. Por ejemplo, las fuerzas de enlace que relacionan en el cuarzo los átomos de silicio y oxigeno presentan en casi igual proporción las características de los enlaces iónicos y covalentes, otro ejemplo, que exhibe dos tipos de enlace es la galena, con algunas características de enlace metálico y otras de enlace iónico.

- ENLACE IONICO

Un enlace iónico tiene lugar cuando uno o más electrones de la capa de valencia de un átomo se transfieren a la capa de valencia de otro, de modo que ambos adquieren la configuración de un gas inerte. El sodio por ejemplo, tiene un único electrón de valencia en su capa exterior, el cual pierde fácilmente, dejando al átomo con una carga positiva no compensada y con la configuración del gas noble neón. La atracción de iones de carga opuesta constantemente constituye el enlace iónico.

Un cristal de cloruro de sodio tiene unas propiedades características y definidas por las cuales puede reconocerse. El habito cubico del cristal, la exfoliación, el peso específico, el índice de refracción, etc., sufren pocas variaciones. Estas propiedades no se parecen a las del metal brillante (Na) ni a las del gas verdoso acre (Cl29, que son los elementos que forman esta sustancia. Las propiedades del cristal, introducidas en el por sus partículas constituyentes, son las propiedades de los iones, no las de los elementos.

Físicamente, los cristales con enlace iónico son, por lo general, de dureza y peso específico moderado, tienen puntos de ebullición y fusión generalmente altos y son poco conductores de la electricidad y del calor. La falta de conductividad eléctrica es debido a la estabilidad de los iones, ya que no ganan ni pierden electrones fácilmente. Como la carga electrostática del enlace iónico está distribuida homogéneamente sobre la superficie del ion, un catión tiende a rodearse de todos los aniones que pueden ajustarse a su alrededor. Es por esto que el enlace iónico es de naturaleza no direccional y que la simetría del cristal resultante es perfecta.

- ENLACE COVALENTE

Un átomo de cloro aislado es muy reactivo y rápidamente se combina con otro átomo de cloro para formar la molécula de gas cloro (CL2). El enlace de este tipo no puede explicarse por la transferencia de electrones y la atracción de iones cargados de modo opuesto. En 1916, Lewis sugirió que los átomos también pueden alcanzar la estructura electrónica de un gas inerte compartiendo pares de electrones, y el par de electrones compartido se conoce como enlace covalente. Los electrones de valencia implicados en el enlace covalente ocupan orbitas moleculares que se extienden sobre dos núcleos atómicos, de modo que se localizan efectivamente entre un par de átomos.

El enlace covalente es el más fuerte de los enlaces químicos. Los minerales que están unidos de esta forma se caracterizan por su insolubilidad general, gran estabilidad, puntos de ebullición y fusión muy altos y no ser conductores de la electricidad. Debido esto a que las fuerzas eléctricas que forman el enlace covalente están justamente localizadas en la vecindad del electrón compartido, el enlace es muy direccional y la simetría de los cristales resultante es menos perfecta que cuando se presenta un enlace iónico. En el cloro, la energía de enlace del átomo queda enteramente consumida en la unión con el vecino, y las moléculas estables resultantes muestran muy poca tendencia a juntarse. Otros elementos tienen dos, tres y hasta cuatro espacios vacantes en sus orbitales externos. Por tanto dichos elementos tienden a formar hasta cuatro enlaces covalentes con los átomos vecinos. El carbono es un ejemplo destacado de esta clase de átomos. Los átomos de carbono tienen cuatro lugares vacantes en sus capas de valencia que pueden llenar compartiendo electrones con otros cuatro átomos de carbono, adoptando una configuración estable de enlaces muy firmes, que tiene la forma de tetraedro con átomos de carbono en los cuatro vértices. La energía de este enlace está fuertemente localizada en la proximidad de los electrones compartidos, dando lugar a una estructura muy rígida y muy polarizada como la del diamante, siendo esta la sustancia natural más dura de todas.

En las estructuras con enlaces covalentes, la distancia interatómica es igual a la media aritmética de las distancias interatómicas de los cristales de las sustancias elementales.

- ENLACE METALICO

La difracción de rayos X en el elemento sodio revela que las unidades estructurales están ordenadas en la forma regular periódica de un verdadero solido cristalino. Las propiedades del metal difieren a las de sus sales, lo cual hace pensar que existe un tipo de enlace diferente. El sodio conduce la electricidad mediante electrones que pueden moverse libremente y con gran rapidez a través de la estructura. Las verdaderas unidades estructurales de los metales son los núcleos atómicos unidos por la carga eléctrica de la nube de electrones que los circunda. Muchos de los electrones no deben su afinidad a un núcleo determinado y tienen libertad de moverse por la estructura o incluso fuera de ella sin alterar en absoluto el enlace. La fuerza atractiva entre los núcleos con sus orbitales electrónicos llenos y la nube de electrones negativos mantiene unidas estas estructuras. A este tipo de enlace se le denomina enlace metálico. A el deben los metales su gran plasticidad, tenacidad, ductilidad y conductividad, así como su baja dureza. La fuerza del enlace varía mucho, y también por ello, la dureza de los cristales.