2.2. Estructures ceràmiques

2.2. ESTRUCTURES CERÀMIQUES

Els materials ceràmics poden ser amorfs o cristal·lins, al igual que els metalls, encara que la tendència a donar configuracions no cristal·lines és més elevada (com es el cas del vidre de finestra) i, en cas contrari, presenten estructures cristal·lines més complexes que els metalls. Com ja s’ha dit, els materials ceràmics resulten de la combinació d’elements metàl·lics i no metàl·lics o exclusivament no metàllics. La valència i la major o menor proximitat en la taula periòdica dels elements implicats condicionarà fortament la naturalesa de l’enllaç i aquesta, a la vegada, la manera que es disposaran els àtoms constituents. En cas de tractar-se d’un enllaç covalent, la valència d’un àtom condicionarà el nombre d’enllaços que es pot establir amb els àtoms veïns, és a dir, condiciona el nombre de coordinació d’aquest àtom. Concretament, en el diamant, el carboni amb valència 4, ha de tenir necessàriament fins a quatre àtoms veïns amb els quals quedarà unit covalentment. La direccionalitat d’aquests enllaços determina el patró i la geometria de l’ordenament cristal·lí.

En els materials ceràmics amb enllaç iònic (ceràmics iònics) també la valència resulta significativa, en determinar la proporció dels distints ions participants, imposant una restricció a la manera com s’organitzen aquests. Indiferentment de la disposició geomètrica, la unió de cations i anions ha de suposar l’electroneutralitat del compost, com és el cas del clorur de sodi (NaCl) on el nombre cations de Na+ és igual al de Cl.

El compliment de l’electroneutralitat, encara que aquest és un factor molt important, no és suficient per decidir quin patró d’ordenament cristal·lí seguiran els àtoms constituents. Entre totes les configuracions que mantenen l’electroneutralitat, s’estableix la més estable per a la formació del cristall, és a dir, la que maximitza l’atracció electrostàtica i redueix al màxim la repulsió, de forma que els ions d’un signe es troben envoltats d’ions amb càrrega oposada. Per tant, és fàcil d’entendre que les configuracions més estables seran les que presenten un nombre més elevat d’ions veïns amb càrrega oposada, és a dir, un major nombre de coordinació i amb un empaquetament atòmic més eficient. Les estructures estables dels materials es formen quan els anions que envolten als cations es troben en contacte amb aquest, així com es pot observar en la figura 64.

Figura 64. Configuracions estables i inestables de la coordinació entre anions i cations. En la figura es mostren tres situacions diferents ordenades d’esquerra a dreta, segons la seua estabilitat decreixent

L’eficàcia de l’empaquetament iònic dependrà de la diferència de grandària dels ions implicats, el que s’expressa sovint a través de la denominada relació de radis. Si A i B són els dos ions constituents d’una estructura iònica i B es l’ió amb el radi major, aleshores la relació de radis es defineix com el quocient rA/rB sent rA i rB els respectius radis iònics d’ambdues espècies. El més important d’aquesta magnitud és que el seu valor determina automàticament el nombre de coordinació de l’ió A. La dependència entre la relació de radis i el número de coordinació de les estructures ceràmiques iòniques es pot observar en la taula 14. S’hi pot apreciar que a menor relació de radis menor és el nombre de coordinació. A més a més, es mostra la figura geomètrica o poliedre de coordinació que conformen els veïns més pròxims al catió.

Taula 14. Nombres i geometries de coordinació per a diferents quocients entre els radis del catió i l’anió (rC/rA)