Tipos de enlace:

Estos apuntes no tienen voluntad de curso de Química, y por tanto, se asume que el lector dispone de unos mínimos conocimientos de esta materia. Por tanto, en este apartado no se pretende explicar los enlaces químicos, sino hacer un muy breve resumen y remarcar sus características importantes para el estudio elemental de la Cristaloquímica.

Enlace iónico: Tiene lugar entre dos átomos de electronegatividad muy diferente, de manera que es relativamente fácil que el átomo más electronegativo adquiera un electrón del otro, y los dos queden eléctricamente cargados y se pueda considerar una fuerza de atracción electrostática entre los dos iones. En estas condiciones, la atracción electrostática no es direccional, y por tanto en una estructura cristalina con enlace preferentemente iónico, cada catión se rodea de tantos aniones como sea posible en función de los tamaños relativos de ambos y conservando la neutralidad eléctrica del conjunto.

Enlace covalente: Tiene lugar entre átomos de elevada electronegatividad. Estos átomos no pueden captar un electrón del otro, pero sí pueden en cambio compartir electrones de orbitales no saturados, especialmente los orbitales p, d o f, de distribución radial en forma lobular y por tanto, con una dirección de máxima probabilidad electrónica. La compartición de electrones de los orbitales no saturados por solapamiento de este orbital no altera la dirección de los mismos, y por tanto el enlace se establece sobre las direcciones en las cuales se solapan los orbitales de enlace. Por tanto, en las estructuras con enlace predominantemente covalente, el número y la posición de los átomos enlazados con un átomo determinado dependen del número y dirección de los orbitales de enlace. Obviamente, si el enlace covalente no tiene lugar entre átomos del mismo elemento, la diferencia de electronegatividades dará lugar a enlaces más o menos polares, de tal forma que se puede imaginar una variación continúa de enlaces polares desde uno covalente puro hasta uno típicamente iónico.

Enlace metálico: Los elementos que mantienen este tipo de enlace son de electronegatividad baja y similar entre ellos, y se corresponden con los elementos metálicos de la tabla periódica. En este enlace se comparten electrones, como en el enlace covalente, pero en este caso los electrones no quedan confinados en una región entre los dos núcleos, sino que pueden adquirir un abanico continuo de energías y, por tanto, moverse libremente: son los llamados electrones libres. Se puede alcanzar una mejor comprensión del enlace metálico si se imagina que pasa cuando diversos átomos metálicos del mismo elemento, en reposo, se aproximan y interaccionan sus orbitales semillenos. Si dos átomos están separados a una distancia muy grande respecto de sus radios atómicos, las energías de los electrones de sus orbitales son idénticas. Cuando se acercan lo suficiente, tiene lugar una perturbación de las energías de los orbitales y, de acuerdo con el principio de exclusión de Pauli, se forman orbitales con energías ligeramente diferentes. Imaginemos el ejemplo del sodio, de configuración electrónica 1s 2 ,2s 2 ,2p 6 ,3s 1 . Cuando están muy cerca un número importante (N) de átomos de Na, se forman N subniveles porqué el principio de exclusión de Pauli prevé energías diferentes para los diferentes electrones que los ocupan. Los niveles electrónicos más alejados del núcleo formarán bandas de energía tan cercanas

que pueden ser consideradas como una variación continúa: este es el concepto de “banda de energía”. En el sodio, la banda 3s está parcialmente llena de electrones, pero aún quedan energías disponibles no ocupadas. Esto quiere decir que los electrones pueden adquirir niveles energéticos superiores a los de reposo de manera prácticamente continúa: en este caso esta banda es de conducción, ya que permite la libre circulación de los electrones con cambios energéticos muy pequeños respecto del estado de reposo.

Conclusión:

Cuando pensamos en la cristalografía nos viene a la mente el mundo de los minerales, las gemas… Sin embargo los cristales están por todas partes: en los huesos y en los dientes de tu cuerpo, en la sal común de nuestras cocinas, los encontramos en los copos de nieve, en los cosméticos… Son fundamentales en el estudio de macromoléculas como el ADN o las proteínas, en el diseño de nuevos fármacos o de nuevos materiales con propiedades completamente sorprendentes.

De hecho, la cristalografía tiene muchas aplicaciones. Está presente en nuestra vida cotidiana y forma la columna vertebral de industrias que dependen cada vez más de la creación de conocimiento para desarrollar nuevos productos, incluyendo las industrias agro-alimentaria, aeronáutica, automotriz, cosmética, de computadoras, electromecánica, farmacéutica y minera. Los siguientes son unos pocos ejemplos. La mineralogía es probablemente la rama más antigua de la cristalografía. La cristalografía de rayos X ha sido el método principal de determinación de estructuras atómicas de minerales y metales desde la década de 1920. Virtualmente todo lo que sabemos acerca de las rocas, formaciones geológicas y la historia de La Tierra está basado en la cristalografía. Incluso nuestro conocimiento de “visitantes cósmicos” como los meteoritos, viene de la cristalografía. Este conocimiento es obviamente esencial para la minería y cualquier industria que perfora en La Tierra, como las del agua, gas y geotérmica. El diseño de fármacos depende fuertemente del uso de la cristalografía.