XXIV. TEORÍA ATÓMICA DE LOS CRISTALES

DESDE el punto de vista físico, cuál de esas estructuras cristalinas ha de tomar el sólido depende de varios factores, siendo los principales el tamaño de los átomos que lo forman y el tipo de fuerzas que actúa entre ellos. En función de estas últimas, y en completa analogía con el caso molecular, se clasifican los cristales en iónicos, covalentes o metálicos. Veamos algunas de sus características.

Los cristales iónicos se enlazan con fuerzas interatómicas del tipo de Coulomb. Cuando un átomo con un electrón fuera de capa cerrada se encuentra con otro que requiere un electrón para completar la capa, el primero cede al electrón tan gustosamente como el otro lo atrapa. Pero entonces se forman dos iones, uno positivo porque cedió una carga negativa y el otro negativo porque adquirió un electrón adicional. Por lo tanto, se atraen eléctricamente con una fuerza omnidireccional, para la cual no existe dirección privilegiada. La descripción que hemos hecho se aplica a los átomos alcalinos frente a los halógenos. De hecho, los cristales iónicos por excelencia son los halogenuros alcalinos, siendo el más conocido el cloruro de sodio, la sal común.

A diferencia de los cristales iónicos, en que los electrones se reparten en los iones, en los cristales covalentes los electrones se comparten. La nube electrónica se dispone de manera tal que los iones positivos son atraídos hacia los sitios en que aquélla se localiza principalmente. Estos sitios preferenciales no son cualesquiera, por lo que el enlace covalente se da sólo 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 más externa, que se llena con ocho. Por lo tanto, al átomo de este elemento le da igual, por decirlo así, ceder sus electrones o aceptar otro número igual para llenar su capa y llegar a un estado de menor energía. Entonces, decide compartir sus cuatro electrones dando origen con un enlace covalente a un cristal tetraédrico.

Los cristales metálicos, finalmente, se dan cuando los átomos que los forman tienen electrones muy poco amarrados que con poca energía se liberan de su ión y prefieren deambular por todo el cristal. El origen de esta energía y en consecuencia la existencia del enlace metálico, se puede explicar con base en la mecánica cuántica y su principio de incertidumbre. Recordemos que este principio nos dice que no es posible definir al mismo tiempo la posición y la velocidad de una partícula. Entonces, mientras mayores sean las limitaciones espaciales a las cuales se restringe una partícula, también será más grande la incertidumbre en la velocidad, y por tanto la velocidad misma de la partícula. En otros términos, mientras menos intentemos localizar a un electrón, menor podrá ser su velocidad y, por lo tanto, su energía cinética. Esta disminución en energía que obtiene el electrón al moverse en todo el cristal y no dentro de un átomo, puede ser suficiente para compensar la energía de amarre al átomo. Esto sucede con los metales, en los cuales existe un gas de electrones, e inmersos en él los iones positivos. Estos últimos se atraen unos a los otros por medio del gas de electrones.