Sólido
Un sólido es el estado de la materia con forma y volumen propios, cuyas partículas solo vibran en posiciones casi fijas.
Un sólido es uno de los estados de agregación de la materia, caracterizado por tener forma y volumen propios y definidos. Sus partículas (átomos, iones o moléculas) están muy próximas entre sí y unidas por fuerzas intensas, de modo que solo pueden vibrar alrededor de posiciones casi fijas. Por eso un sólido resiste la deformación y mantiene su forma sin necesidad de recipiente.
¿Qué es un sólido?
La palabra procede del latín solidus, «firme, compacto». En el modelo cinético-molecular, las partículas de un sólido tienen una energía cinética pequeña frente a la energía de las fuerzas que las unen, así que no se desplazan unas respecto a otras. A diferencia de los líquidos y los gases, apenas se comprimen ni fluyen. El estado sólido es uno de los tres que se estudian habitualmente; véase sólido, líquido y gaseoso.
En geometría, «sólido» designa también una figura tridimensional (cubo, esfera, cilindro, pirámide); aquí nos ocupamos del sólido como estado físico de la materia.
Características de los sólidos
- Forma y volumen definidos, que se conservan si no actúan fuerzas importantes.
- Muy baja compresibilidad: sus partículas están casi en contacto.
- Densidad alta en comparación con los gases, y en general mayor que la de los líquidos (el hielo, con 917 kg/m³, es una excepción respecto al agua líquida).
- Movimiento de vibración: las partículas oscilan alrededor de sus posiciones de equilibrio; cuanto más se calienta el sólido, mayor es la amplitud de la vibración.
- Difusión muy lenta de unas sustancias en otras.
Tipos de sólidos
Según su ordenación interna
- Cristalinos: sus partículas se disponen en una red ordenada y periódica (sal, cuarzo, diamante, metales). Tienen un punto de fusión definido y presentan formas geométricas características.
- Amorfos: sus partículas carecen de ordenación de largo alcance (vidrio, plástico, cera, caucho). Se reblandecen gradualmente al calentarse, sin una temperatura de fusión nítida.
Según el enlace de los sólidos cristalinos
| Tipo | Partículas y enlace | Propiedades | Ejemplos |
|---|---|---|---|
| Iónicos | Iones unidos por atracción electrostática | Duros, frágiles, punto de fusión alto, conducen la electricidad fundidos o disueltos | Cloruro de sodio (NaCl) |
| Covalentes (reticulares) | Átomos unidos por enlaces covalentes en toda la red | Muy duros, punto de fusión muy alto, aislantes | Diamante, cuarzo |
| Metálicos | Cationes y mar de electrones libres | Conductores, dúctiles y maleables, brillo metálico | Cobre, hierro, oro |
| Moleculares | Moléculas unidas por fuerzas débiles | Blandos, punto de fusión bajo | Hielo, azúcar, yodo |
Propiedades mecánicas
- Dureza: resistencia a ser rayado. La escala de Mohs va de 1 (talco) a 10 (diamante).
- Elasticidad: capacidad de recuperar la forma al cesar la fuerza, según la ley de Hooke (σ = E·ε).
- Ductilidad: capacidad de estirarse en hilos; la maleabilidad es la de laminarse en láminas.
- Tenacidad: energía que absorbe un material antes de romperse; la fragilidad es lo opuesto.
Cambios de estado de un sólido
Al calentarse, un sólido cristalino alcanza su temperatura de fusión y pasa a líquido (el hierro funde a unos 1538 °C; el hielo, a 0 °C a 1 atm). El proceso inverso es la solidificación. Algunas sustancias, como el yodo o el hielo seco (CO₂), pasan directamente a gas por sublimación.
Aplicaciones
- Construcción e ingeniería: acero, hormigón, madera y cerámica.
- Electrónica: los sólidos semiconductores como el silicio son la base de los chips; véase semiconductores.
- Materiales avanzados: fibras de carbono, superconductores y aleaciones con memoria de forma.
Ejercicios resueltos
1. Un bloque tiene una masa de 540 g y un volumen de 200 cm³. Calcula su densidad e identifica el material.
ρ = m/V = 540 g / 200 cm³ = 2,7 g/cm³ = 2700 kg/m³. Resultado: 2700 kg/m³, que corresponde al aluminio.
2. Un cable de acero (E = 200 GPa) de 2 m de largo y 20 mm² de sección soporta una carga de 2000 N. Calcula la tensión y el alargamiento.
A = 20 mm² = 2 × 10⁻⁵ m². Tensión: σ = F/A = 2000 / 2 × 10⁻⁵ = 1 × 10⁸ Pa = 100 MPa. Alargamiento: ΔL = F·L/(A·E) = 2000 × 2 / (2 × 10⁻⁵ × 2 × 10¹¹) = 1 × 10⁻³ m. Resultado: σ = 100 MPa; ΔL = 1 mm.
3. ¿Qué volumen ocupa una barra de hierro de 3,94 kg (ρ = 7870 kg/m³)?
V = m/ρ = 3,94 / 7870 = 5,0 × 10⁻⁴ m³. Resultado: 500 cm³.
Preguntas frecuentes
¿El vidrio es un sólido o un líquido?
Es un sólido amorfo. Se dice a veces que fluye con los siglos, pero es un mito: el vidrio antiguo es irregular por cómo se fabricaba, no porque haya fluido.
¿Por qué los sólidos no se pueden comprimir?
Porque sus partículas ya están casi en contacto y las fuerzas de repulsión entre las nubes electrónicas se oponen a acercarlas más.
¿Qué diferencia hay entre un sólido cristalino y uno amorfo?
El cristalino tiene sus partículas ordenadas en una red periódica y funde a una temperatura definida; el amorfo carece de ese orden y se reblandece gradualmente.
¿Cuántos estados de la materia hay?
En la vida diaria se distinguen sólido, líquido y gas. La física añade el plasma y otros estados, como el condensado de Bose-Einstein.
Referencias
- Kittel, C. Introducción a la física del estado sólido. Reverté.
- Callister, W. D. y Rethwisch, D. G. Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales. Reverté.
- Serway, R. A. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería. Cengage Learning.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2024). «Sólido». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/solido/
