Sólido

Cubo de hielo (agua en estado sólido).

Un cuerpo sólido es uno de los cuatro estados de agregación de la materia (siendo los otros gas, líquido, Plasma y el Bose-Einstein), se caracteriza porque opone resistencia a cambios de forma y de volumen. Sus partículas se encuentran juntas y correctamente ordenadas. Las moléculas de un sólido tienen una gran cohesión y adoptan formas bien definidas. Existen varias disciplinas que estudian los sólidos:

• La física del estado sólido estudia de manera experimental y teórica la materia condensada, es decir, de líquidos y sólidos que contengan más de 10¹⁹ átomos en contacto entre sí
• La mecánica de sólidos deformables estudia propiedades microscópicas desde la perspectiva de la mecánica de medios continuos (tensión, deformación, magnitudes termodinámicas, &c.) e ignora la estructura atómica interna porque para cierto tipo de problemas esta no es relevante.
• La ciencia de los materiales se ocupa principalmente de propiedades de los sólidos como estructura y transformaciones de fase.
• La química del estado sólido se especializa en la síntesis de nuevos materiales.

Manteniendo constante la presión a baja temperatura los cuerpos se presentan en forma sólida y encontrándose entrelazados formando generalmente estructuras cristalinas. Esto confiere al cuerpo la capacidad de soportar fuerzas sin deformación aparente. Son, por tanto, agregados generalmente rígidos, incompresibles (que no pueden ser comprimidos), duros y resistentes. Poseen volumen constante y no se difunden, ya que no pueden desplazarse.

El sólido más ligero conocido es un material artificial el aerogel con una densidad de 3 mg/cm³ ó 3 kg/m³, el vidrio, que tiene una densidad de 1,9 g/cm³, mientras que el más denso es un metal, el osmio (Os), que tiene una densidad de 22,6 g/cm³.^{[cita requerida]}

propiedades intensivas de los solidos

• Elasticidad: Un sólido no recupera su forma original cuando es deformado. Un resorte es un objeto en que podemos observar esta propiedad ya que vuelve a su forma original.
• Fragilidad: Un sólido puede romperse en muchos fragmentos (quebradizo).
• Dureza: hay sólidos que no pueden ser rayados por otros más blandos. El diamante es un sólido con dureza elevada.
• Forma definida: Tienen forma definida, son relativamente rígidos y no fluyen como lo hacen los gases y los líquidos, excepto bajo presiones extremas del medio.
• Volumen definido: Debido a que tienen una forma definida, su volumen también es constante.
• Alta densidad: Los sólidos tienen densidades relativamente altas debido a la cercanía de sus moléculas por eso se dice que son más “pesados”
• Flotación: Algunos sólidos cumplen con esta propiedad, solo si su densidad es menor a la del líquido en el cual se coloca.
• Inercia: es la dificultad o resistencia que opone un sistema físico o un sistema social a posibles cambios, en el caso de los sólidos pone resistencia a cambiar su estado de reposo.
• Tenacidad: En ciencia de los Materiales la tenacidad es la resistencia que opone un material a que se propaguen fisuras o grietas.
• Maleabilidad: Es la propiedad de la materia, que presentan los cuerpos a ser labrados por deformación. La maleabilidad permite la obtención de delgadas láminas de material sin que éste se rompa, teniendo en común que no existe ningún método para cuantificarlas.
• Ductilidad: La ductilidad se refiere a la propiedad de los sólidos de poder obtener hilos de ellas.

Clases básicas de sólidos

Sólidos de red covalente

Un sólido de red covalente consiste en un conjunto de átomos mantenidos juntos por una red de enlaces covalentes (pares de electrones compartidos entre átomos de similar electronegatividad), y de ahí que puedan ser considerados como una sola gran molécula. El ejemplo clásico es eldiamante; otros ejemplos incluyen el silicio, el cuarzo y el grafito.

Típicamente, los sólidos de red covalente tienen una gran fuerza, un gran módulo elástico, y un elevado punto de fusión. Su fuerza, rigidez, y alto punto de fusión son consecuencia de la fuerza y rigidez del enlace covalente que los mantiene unidos. También son característicamente quebradizos, debido a que la naturaleza direccional de los enlaces covalentes resiste fuertemente los movimientos asociados con el flujo plástico, y son, en efecto, rotos cuando ocurre dicho tipo de movimientos. Esta propiedad resulta en la fragilidad, por razones estudiadas en el campo de la mecánica de fractura. Los sólidos de red covalente varían en su comportamiento desde aislantes hasta semiconductores, dependiendo del tamaño de la banda prohibida del material.

Sólidos iónicos

Un sólido iónico estándar consiste de átomos que se mantienen juntos por enlaces iónicos, esto es, por la atracción electrostática de cargas opuestas (el resultado de la transferencia de electrones del átomo de menor electronegatividad al de mayor electronegatividad). Entre los sólidos iónicos están los compuestos formados por metales alcalinos y metales alcalinotérreos, en combinación con halógenos; un ejemplo clásico es la sal de mesa, cloruro de sodio.

Típicamente, los sólidos iónicos son de una fuerza intermedia, y son extremadamente quebradizos. Los puntos de fusión son moderadamente altos, pero algunas combinaciones de cationes y aniones moleculares producen un líquido iónico con un punto de fusión inferior a la temperatura ambiental. En todos los casos, las presiones de vapor son extraordinariamente bajas; esto es consecuencia de la gran energía requerida para mover una carga (o par de cargas) de un medio iónico hacia el espacio libre. Los sólidos iónicos tienen bandas prohibidas muy grandes, de ahí que sean aislantes.

Sólidos metálicos

Los sólidos metálicos se mantienen unidos por una alta densidad de electrones deslocalizados, compartidos, lo que resulta en un "enlace metálico". Los ejemplos clásicos son los metales tales como el cobre y el aluminio, pero algunos materiales son metales en un sentido electrónico, pero tienen un enlace metálico despreciable en un sentido mecánico o termodinámico (ver formas intermedias).

Los sólidos con enlace metálico puro son dúctiles y, en su forma pura, tienen una fuerza baja; sus puntos de fusión son variables (dependiendo del metal, el mercurio se funde a -39 °C). Estas propiedades son consecuencia de la naturaleza no direccional y no polar del enlace metálico, en el que los planos de átomos pueden deslizarse uno sobre otro, sin perturbar las interacciones con el mar circundante de electrones deslocalizados. La mayor fuerza puede ser debida a la interferencia con las dislocaciones que median en las transformaciones plásticas. Más aún, algunos metales de transición exhiben enlace direccional, además de enlace metálico; esto incrementa la fuerza "shear" y reduce la ductilidad. Los sólidos metálicos no tienen, por definición, banda prohibida en el nivel de Fermi, de ahí que sean conductores.

Sólidos moleculares

Un sólido molecular clásico consiste de pequeñas moléculas covalentes no polares, y es mantenido junto por fuerzas de dispersión de London; un ejemplo clásico es la cera de parafina. Estas fuerzas son débiles, y resultan en unas energías de enlace entre pares en el orden de 1/100 de los enlaces covalentes, iónicos, y metálicos. Las energías de enlace tienden a incrementarse con el incremento del tamaño molecular y la polaridad (ver formas intermedias).

Sólidos amorfos

En un sólido amorfo las partículas que conforman el sólido carecen de una estructura ordenada. Estos sólidos carecen de formas y caras bien definidas. Esta clasificación contrasta con la de sólidos cristalinos, cuyos átomos están dispuestos de manera regular y ordenada formando redes cristalinas.

Muchos sólidos amorfos son mezclas de moléculas que no se pueden apilar bien. Casi todos los demás se componen de moléculas grandes y complejas. Entre los sólidos amorfos más conocidos destaca el vidrio.

Véase también

• Estado de agregación de la materia
• Cambio de estado
• Propiedades físicas
• Licuefacción
• Materia granular
• Gel