Ciencia de los materiales

Estructura Cristalina
La primera clasificación que se puede hacer de materiales en estado sólido, es en función de cómo es la disposición de los átomos o iones que lo forman. Si estos átomos o iones se colocan ordenadamente siguiendo un modeloque se  repite en las tres direcciones del espacio, se dice que el material es cristalino. Si los átomos o iones se disponen de un modo totalmentealeatorio, sin seguir ningún tipo de secuencia de ordenamiento, estaríamos ante un material no cristalino ó amorfo. En el siguiente esquema se indican los materiales sólidos cristalinos y los no cristalinos.
 En el caso de los materiales cristalinos, existe un ordenamiento atómico (o iónico) de largo alcance que puede ser estudiado con mayor o menor dificultad. Ahora bien, realmente ¿necesitamosestudiar los materiales a nivel atómico?.
Para responder a esta cuestión, podemos estudiar las principales propiedades de dos materiales tan conocidos como son el grafito (Fig.1) y el diamante (Fig.2). El grafito es uno de los materiales más blandos (tiene un índice de dureza entre 1y 2 en la escala Mohs), es opaco (suele tener color negro), es un buen lubricante en estado sólido y conduce bien laelectricidad. Por contra, el diamante es el material más duro que existe (10 en la escala Mohs), es transparente, muy abrasivo y un buen aislante eléctrico. 
Como vemos, son dos materiales cuyas principales propiedades son antagónicas. Pero, si pensamos en sus componentes, nos damos cuenta que tanto uno como el otro están formados únicamente por carbono. Entonces, ¿a que se debe que tenganpropiedades tan dispares?. La respuesta está en el diferente modo que tienen los átomos de carbono de enlazarse y ordenarse cuando forman grafito y cuando forman diamante; es decir, el grafito y el diamante tienen distintas estructuras cristalinas.     

La Física del estado sólido constituye una parte importante de la Física cuántica. Con su ayuda podemos comprender las propiedades mecánicas, térmicas,eléctrico-magnéticas y ópticas propias de los sólidos. La existencia de la materia en un estado u otro depende de las condiciones de presión (P), y temperatura (T) en las que se formaron. De la misma forma, estos parámetros condicionan la formación de la estructura interna del sólido. Cada elemento tiene sus propias curvas de cambio de fase, de manera que dependiendo del elemento se necesitaránunas condiciones u otras para la formación del sólido o para realizar cualquier otro cambio de fase. Dependiendo del alcance del orden espacial de la estructura interna en la materia y su distribución en la misma podemos distinguir entre:
* Monocristal: Presenta una fuerte interacción entre sus componentes los cuales describen una mínima oscilación con poca energía potencial. Las partículasestán dispuestas de acuerdo a un orden en el espacio que está determinado de acuerdo con una red estructural formada por la "recreación" geométrica de la celdilla unidad en toda la estructura del sólido. Presentan lo que se conoce como Anisotropía.
* Policristal: Está compuesto por diversas regiones en las que individualmente se recrea un monocristal aunque las disposiciones de cada una de estasregiones no son simétricas entre sí. Presenta lo que se llama Isotropía estadística.
* Amorfos: No presentan una estructura o distribución en el espacio, lo cual los determina como una estructura espacial tridimensional no definida. No se trata de una estructura cristalina.

En rigor, esta clasificación sólo es aplicable a sustancias puras.En un modelo de sólido en el que los átomos estánconectados entre sí mediante una especie de "muelles" (los cuales representarñian la energía potencial que los une), la energía interna del sólido se compone de energía potencial elástica y energía cinética de sus átomos. La presión es una medida del grado de compresión de sus átomos y la temperatura una medida de su energía cinética interna del conjunto de los mismos. Esto nos permite determinar...