2. Estructura cristalina

Periodicidad de la materia cristalina. Imagen del ITE en Proyecto Biosfera. Licencia cc

-   Periodicidad: es la propiedad más característica e importante del estado sólido cristalino, y consiste en la  repetición de sus componentes en el espacio siguiendo unas pautas que generan orden. La periodicidad es la causa de la existencia de redes cristalinas.

-   Homogeneidad: los cristales tienen -teóricamente- la misma composición química en toda su extensión, por lo que esta puede expresarse con una fórmula química. Los cristales reales (los minerales, por ejemplo), tienen impurezas o pequeñas variaciones composicionales, que hacen variar algunas de sus propiedades.

-   Anisotropía: las distancias entre nudos o puntos y las propiedades, varían según las direcciones del espacio que se consideren. En realidad, existe un medio cristalino -el del sistema cúbico- que es isótropo por ser isométrico; es decir sus átomos o iones se encuentran repartidos a intervalos fijos en las tres direcciones del espacio.

-   Simetría: es la propiedad por la que se hacen coincidir puntos o elementos del cristal al generar movimientos de traslación, inversión, giro y reflexión a partir de operadores geométricos (centro, ejes y planos).

Ejemplo de red plana Imagen de elaboración propia	Celda unidad Imagen de Martín Martínez-Ripolls en Crystallography. Licencia cc

Una sucesión de puntos que se repiten en una misma dirección a intervalos fijos (traslaciones) constituye una fila reticular. Cuando los nudos o puntos reticulares se repiten a lo largo de dos direcciones del espacio, forman un plano reticular o red plana, que queda definida por los valores de dos traslaciones y el ángulo que éstas forman entre sí. Existen 5 redes planas posibles: hexagonal, rectangular centrada o rómbica, oblicua o romboédrica, rectangular y cuadrada.

La superposición de redes planas origina repeticiones de nudos o puntos reticulares manteniendo constantes tres traslaciones unitarias en tres direcciones del espacio. Así se forma red espacial, cuyo menor volumen posible recibe el nombre de celda unidad, definida por 3 traslaciones (a, b, c) y los 3 ángulos (α, β, γ) comprendidos entre las direcciones que marcan las traslaciones o los ejes cristalográficos (x, y, z).

En el S.XIX, Bravais dedujo la existencia de 14 redes espaciales posibles, superponiendo redes planas y estudiando la compatibilidad con la simetría que necesariamente había de tener. En este enlace puedes ver las 14 redes de Bravais , sus celdillas y los sistemas a los que pertenecen.

El desarrollo de la teoría reticular se llevó a cabo paralelamente al estudio de la geometría y simetría de los cristales. Y aunque el estudio teórico de las redes perdió interés para los científicos, recientemente ha vuelto a cobrar importancia en los estudios de física del estado sólido y en el análisis de sustancias cristalinas en base a la difracción de rayos X.

Tetraedro de silicio Imagen adaptada de chemwiki.ucdavis.edu en Socratic.org. Licencia cc

Por otra parte, el estudio de las redes se puede abordar también considerando que los nudos o puntos reticulares son átomos, iones o moléculas concretos. El caso más simple y frecuente es el de los edificios iónicos, en el que cada ión ocupa un punto de la red con su radio y su carga eléctrica, quedando rodeado siempre de un número fijo de otros de carga opuesta, que se llama número de coordinación. Los más frecuentes son 4, 6, 8 y 12, dependiendo de la relación o cociente entre el radio del catión y el del anión.

Las figuras geométricas resultantes al rodear cada ion por otros de signo contrario se llaman poliedros de coordinación o redes químico‑estructurales, como: el tetraedro, octaedro, cubo y la combinación cubo-octaedro, etc. Un caso concreto sería la unidad elemental de los silicatos: el tetraedro formado por cuatro átomos de oxígeno y uno de silicio.