Macromoléculas. Cristales moleculares y covalentes

Hay dos tipos de macromoléculas que tienen gran importancia; éstas son: los cristales moleculares y los cristales atómicos.

Cristales moleculares y covalentes

Los cristales moleculares están constituidos por una red cristalina, de modo que los nudos de la red están ocupados por moléculas o átomos. Las uniones entre los átomos o entre las moléculas se realizan por fuerzas de Van der Waals, bien del tipo de dispersión de London, en el caso del Ar, Xe, Cl₂, etc., congelados (por estar en estado sólido), o del tipo dipolo-dipolo, como en el C0₂, HC1, etcétera, congelados. En este último caso, las fuerzas de unión son mayores, aunque son muy débiles y estos cristales sólo suelen existir a temperaturas muy bajas.

Energía necesaria para romper los cristales moleculares

Las fuerzas de unión aumentan con la masa molecular, por lo que en algunos casos pueden ser lo suficientemente fuertes para que, a temperatura ambiente, persista la red cristalina, como en el caso del I₂, que es un sólido que forma una red cúbica centrada en las caras, en las que las moléculas de I₂ se sitúan en los vértices de un cubo y en el centro de sus caras, separadas por distancias mayores que las que existen entre los dos átomos de yodo que forman cada molécula.

Si en el compuesto existen enlaces de hidrógeno, la red cristalina es más fuerte, y, por tanto, su punto de fusión es mayor, como sucede en el caso del agua en estado sólido (hielo).

Estructura del hielo

Los cristales covalentes, llamados también cristales atómicos, están formados por átomos unidos entre sí mediante enlaces fuertes, de forma que un cristal se puede considerar como una molécula única.

Los cristales atómicos pueden considerarse de tres tipos:

—De desarrollo unidimensional.
—De desarrollo bidimensional.
—De desarrollo tridimensional.

Desarrollo unidimensional

Los átomos se unen unos a otros mediante enlaces covalentes y forman cadenas a veces de gran longitud. Estas cadenas están unidas a las cadenas de al lado por fuerzas débiles de Van der Waals. Como ejemplo podemos citar el azufre plástico.

-S-S-S-S-S-S-

Desarrollo bidimensional

Éste es el caso del grafito, que es una de las formas en que se encuentra el carbono.

El grafito está formado por capas o láminas planas, en las cuales los átomos de carbono están unidos por enlaces covalentes fuertes y forman ángulos de 120°. Resulta una estructura hexagonal en la que cada C tiene una hibridación sp²; además, cada C tiene un orbital p sin hibridar con un electrón desapareado, que puede formar un enlace π.

A cada átomo de carbono le corresponden: 3 enlaces σ + 1/3 de enlace π, y tendremos un electrón π por cada átomo de carbono deslocalizado por todo el plano, con posibilidad de movimiento.

Estructura cristalina del grafito

Las láminas están unidas entre sí por fuerzas de Van der Waals relativamente débiles; por este motivo, la separación entre las capas (3,35 A^º) es mayor que la separación entre los átomos de una misma capa (1,42 A^º). Ésta es la causa de que las láminas se puedan deslizar fácilmente unas sobre otras, es decir, se exfolien, lo que hace que sirva como lubricante y para las minas de los lápices, si se mezcla con arcilla.

Desarrollo tridimensional

Podemos citar el diamante, que es carbono cristalizado. Cada átomo de carbono está unido a otros cuatro mediante enlaces covalentes y forma una estructura tetraédrica, a la que corresponde una hibridación sp³ para cada átomo de carbono:

Al contrario que en el grafito, no existen enlaces débiles por fuerzas de Van der Waals; todos los enlaces son fuertes, a lo que debe su gran dureza, 10 en la escala de Mohs. Esta propiedad hace que sea muy útil para fabricar herramientas de pulir y cortar. El diamante es muy cotizado en joyería, gracias a sus propiedades ópticas.