Divulgación porque las moleculas de los solidos estan muy juntas?

[javier m]

es por las fuerzas electricas de cohesión, pero y las de repulsión ? no comprendo porque es que la moleculas estan tan agrupadas.¿ acaso es que la fuerza de cohesión es mayor que la de repulsión? pero si todos (o la mayoria, no sé) tienen el mismo numero de electrones y protones.

como es el asunto

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Re: porque las moleculas de los solidos estan muy juntas?

Hola Javier,
No soy un experto en estos temas, ya que nunca he estudiado Física del estado sólido, pero sí Química, así que trataré de responderte desde ese punto de vista.

Los sólidos tienen una forma y volumen constante, debido a las grandes fuerzas de atracción, o cohesión como tú dices, que se establecen, de modo que se puede decir que ocupan posiciones fijas, en las que las partículas se encuentran oscilando o vibrando. Vamos, todo esto ya lo sabes, teoría de los estados de agregación de la materia.

Ahora bien,¿por qué estas partículas se disponen de una manera tan ordenada?

¿ acaso es que la fuerza de cohesión es mayor que la de repulsión?

¡Vaya! Te has respondido tú sólo. Eso es lo que ocurre, que las fuerzas de atracción son muchísimo mayores que las de repulsión. Tomemos por ejemplo una sustancia iónica, NaCl, por ejemplo. Ves que es sólido a temperatura ambiente, pues para fundir un compuesto iónico hay que romper su red cristalina. Además es duro, pues para rayar un cristal iónico hay que reomper la red, lo que requiere una fuerza que venza la atracción electrostática. Y por último, son frágiles, ¿verdad? ya que si golpeamos un plano de la red cristalina, sus iones se desplazan, y bastará con que lo hagan la distancia correspondiente al tamaño de un ión para que queden enfrentados iones del mismo signo, lo que provocará que aparezcan repulsiones electrostáticas y que el cristal se quiebre.

Pues bien, para que se dé el enlace químico entre los iones $Na^+$ y $Cl^-$ según nuestro ejemplo, debe aparecer una energía de enlace, que es la que se desprende en la formación de este enlace y resulta de un balance entre las energías de atracción y de repulsión. Las primeras, se deben a las atracciones que se dan entre la nube electrónica de uno de los átomos y el núcleo del otro átomo, mientras que las de repulsión, lógicamente, se debe a la interacción entre el núcleo de un átomo y el del otro o la nube electrónica de ambos átomos.

Por último, para que se dé este enlace, debe haber una distancia mínima, o de enlace, y es la que existe entre átomos cuando forman el enlace, recordemos nuestros iones. A distancias más próximas, las fuerzas de repulsión aumentarán mucho y el sistema es inestable. Por lo tanto, a la vista de esto, los sólidos tienen una fuerza de atracción mayor que la de repulsión debido a que se ordenan formando una red cristalina , internamente siguiendo una estructura geométrica perfectamente definida, que depende de la proporción de iones y cationes, en el caso de los compuestos iónicos.

Los metales tienen características parecidas, que se explican por diferentes teorías (bandas, orbital molecular, mar de electrones) y a diferencia de estos, al desplazar un plano de la red cristalina no aparecen repulsiones que provoquen fracturas, de ahí que no sean frágiles.

Siento no poder explicarte más, pero hasta ahí sé, espero haber ayudado, de todos modos.

Saludos,

[javier m]

Re: porque las moleculas de los solidos estan muy juntas?

Por último, para que se dé este enlace, debe haber una distancia mínima, o de enlace, y es la que existe entre átomos cuando forman el enlace, recordemos nuestros iones. A distancias más próximas, las fuerzas de repulsión aumentarán mucho y el sistema es inestable. Por lo tanto, a la vista de esto, los sólidos tienen una fuerza de atracción mayor que la de repulsión debido a que se ordenan formando una red cristalina , internamente siguiendo una estructura geométrica perfectamente definida, que depende de la proporción de iones y cationes, en el caso de los compuestos iónicos.

se me hace muy dificil imaginarme 2 atomos en en cual sus fuerzas eléctricas resultantes sean atractivas, y la dificultad que tengo para imaginarlo es que no sé donde van a estar los electrones, porque van a girar, y así, a veces van a estar mar cerca del otro atomo y a veces mas lejos.

[polonio]

Re: porque las moleculas de los solidos estan muy juntas?

Lo de los electrones girando alrededor del núcleo es una imagen falsa. A esos niveles tenemos que aplicar la física cuántica y desaparece el concepto de trayectoria clásica. Lo que sí podemos imaginar son zonas donde es más probable que estén los electrones según su energía.

De todas formas, a un nivel clásico o semiclásico, deberías poder imaginar sistemas de carga (con carga neta nula, como es el caso) en equilibrio electrostático. Ten en cuenta que los núcleos atraen a los electrones, tanto a los "suyos" como a los de los otros átomos del sólido.

[javier m]

Re: porque las moleculas de los solidos estan muy juntas?

y a nivel clásico es posible hacer un diagrama (arrastrado,simplón y con vacíos, por lo menos) de fuerzas en donde pueda ver que los átomos se atraigan?, ¿y en donde se debe aplicar la fuerza para que el átomo en conjunto se sienta atraído? en el núcleo o en la corteza, o debe ser, la fuerza neta aplicada en ambos la que atraiga a el átomo hacia un átomo vecino?

y si me imagino sistemas con carga nula, ¿estos sistemas ejercerían fuerzas? por que si se suponen que no tienen carga, entonces, no ejercerían fuerzas y no se sentirían atraídas.

[polonio]

Re: porque las moleculas de los solidos estan muy juntas?

Por ejemplo, un dipolo es un sistema con carga nula... ¡y produce campo electrostático y, por tanto, ejerce fuerza! De esta forma, átomos (o moléculas) con sus centros de carga desplazado froman dipolos que pueden atraerse entre sí.

Desde luego, los enlaces entre moléculas o átomos en los sólidos, es más complejo que esto (y hay distintos tipos de enlace). Pero aquí tienes un ejemplo de sistema electrostático de carga nula que jerce fuerza electrostática.