XXIV. TEOR�A AT�MICA DE LOS CRISTALES

DESDE el punto de vista f�sico, cu�l de esas estructuras cristalinas ha de tomar el s�lido depende de varios factores, siendo los principales el tama�o de los �tomos que lo forman y el tipo de fuerzas que act�a entre ellos. En funci�n de estas �ltimas, y en completa analog�a con el caso molecular, se clasifican los cristales en i�nicos, covalentes o met�licos. Veamos algunas de sus caracter�sticas.

Los cristales i�nicos se enlazan con fuerzas interat�micas del tipo de Coulomb. Cuando un �tomo con un electr�n fuera de capa cerrada se encuentra con otro que requiere un electr�n para completar la capa, el primero cede al electr�n tan gustosamente como el otro lo atrapa. Pero entonces se forman dos iones, uno positivo porque cedi� una carga negativa y el otro negativo porque adquiri� un electr�n adicional. Por lo tanto, se atraen el�ctricamente con una fuerza omnidireccional, para la cual no existe direcci�n privilegiada. La descripci�n que hemos hecho se aplica a los �tomos alcalinos frente a los hal�genos. De hecho, los cristales i�nicos por excelencia son los halogenuros alcalinos, siendo el m�s conocido el cloruro de sodio, la sal com�n.

A diferencia de los cristales i�nicos, en que los electrones se reparten en los iones, en los cristales covalentes los electrones se comparten. La nube electr�nica se dispone de manera tal que los iones positivos son atra�dos hacia los sitios en que aqu�lla se localiza principalmente. Estos sitios preferenciales no son cualesquiera, por lo que el enlace covalente se da s�lo en ciertas direcciones. Estos cristales covalentes surgen de elementos como el germanio, el silicio y el carbono. Por ejemplo, el carbono tiene cuatro electrones en su capa m�s externa, que se llena con ocho. Por lo tanto, al �tomo de este elemento le da igual, por decirlo as�, ceder sus electrones o aceptar otro n�mero igual para llenar su capa y llegar a un estado de menor energ�a. Entonces, decide compartir sus cuatro electrones dando origen con un enlace covalente a un cristal tetra�drico.

Los cristales met�licos, finalmente, se dan cuando los �tomos que los forman tienen electrones muy poco amarrados que con poca energ�a se liberan de su i�n y prefieren deambular por todo el cristal. El origen de esta energ�a y en consecuencia la existencia del enlace met�lico, se puede explicar con base en la mec�nica cu�ntica y su principio de incertidumbre. Recordemos que este principio nos dice que no es posible definir al mismo tiempo la posici�n y la velocidad de una part�cula. Entonces, mientras mayores sean las limitaciones espaciales a las cuales se restringe una part�cula, tambi�n ser� m�s grande la incertidumbre en la velocidad, y por tanto la velocidad misma de la part�cula. En otros t�rminos, mientras menos intentemos localizar a un electr�n, menor podr� ser su velocidad y, por lo tanto, su energ�a cin�tica. Esta disminuci�n en energ�a que obtiene el electr�n al moverse en todo el cristal y no dentro de un �tomo, puede ser suficiente para compensar la energ�a de amarre al �tomo. Esto sucede con los metales, en los cuales existe un gas de electrones, e inmersos en �l los iones positivos. Estos �ltimos se atraen unos a los otros por medio del gas de electrones.