Cuando observas tu entorno, te encuentras con multitud de sustancias que se emplean para fabricar los objetos que utilizas habitualmente: metales, plásticos, vidrio, madera, papel, etc.

¿A qué se deben las propiedades características de cada una de esas sustancias? ¿Por qué el oro o el diamante son tan caros? ¿Qué tienen de especial? ¿Qué características deben tener los materiales que se emplean para fabricar cables en las líneas de alta tensión? ¿Por qué se hacen de aluminio las latas de refrescos?

Para responder a éstas y a otras muchas preguntas es necesario analizar a fondo las características experimentales de las sustancias y buscar la razón en su estructura a escala de partículas (escala microscópica). Cuando se ha hecho, resulta posible predecir las propiedades de las sustancias, e incluso se pueden diseñar materiales que tengan las propiedades que sean necesarias para un uso concreto.

Los nuevos materiales como el fullereno, los nanotubos de grafito, la fibra de carbono, el kevlar o el goretex han surgido de investigaciones de ese tipo.

Clasificación de las sustancias en estado sólido

Imagen 1 Alchemist-hp, Creative commons	Imagen 2 Mario Sato 04, Creative commons
Imagen 3 Banco imágenes MEC, Creative commons	Imagen 4 Ondrej Mangl, Dominio público

El estado sólido es el único en el que se pueden encontrar los cuatro tipos de sustancias (iónicas, covalentes, moleculares y metálicas) en condiciones estándar, es decir, a 25ºC y una atmósfera. Las sustancias moleculares pueden encontrarse también en los estados líquido y gaseoso, y hay un metal, el mercurio, líquido a temperatura ambiente. Sus características más importantes son:

Las sustancias metálicas tienen puntos de fusión variables, desde bajos hasta altos, pero son todas sólidas a temperatura ambiente, con la excepción del mercurio. Su dureza también es variable. Forman estructuras cristalinas regulares. Son sustancias que conducen bien la corriente eléctrica y el calor, y no son solubles en ningún líquido, aunque algunos de ellos reaccionan con el agua.

Las sustancias covalentes (llamadas a veces atómicas) tienen puntos de fusión muy altos, por lo que en todos los casos son sólidas a temperatura ambiente, formando estructuras cristalinas regulares. Son muy duras, insolubles en cualquier líquido y no conductoras de la corriente eléctrica.

Las sustancias iónicas tienen puntos de fusión medios o altos, siendo siempre sólidas a temperatura ambiente, formando también estructuras cristalinas regulares. Tienen una dureza media, pero son frágiles, y son solubles en mayor o menor medida en agua. En estado sólido no conducen la corriente eléctrica, pero sí lo hacen al fundirlas o al disolverlas en agua.

Las sustancias moleculares tienen puntos de fusión bajos, pudiendo ser sólidas, líquidas o gaseosas a temperatura ambiente. En estado sólido pueden forman estructuras cristalinas, o masas sólidas sin formas regulares. Son sustancias blandas, con solubilidad variable y que no conducen la corriente eléctrica.

Utilizando estos criterios experimentales, es sencillo clasificar una sustancia concreta dentro de un grupo. Por ejemplo, si una sustancia es gaseosa a temperatura ambiente, es seguro que se trata de una sustancia molecular. Y si conduce bien la corriente eléctrica, casi puedes asegurar que se trata de un metal (actualmente se están diseñando nuevos materiales plásticos que son conductores de la corriente eléctrica, pero su uso todavía no está muy extendido).