La arena es una estructura cristalina granular formada casi completamente de silicio (más impurezas). Como has notado correctamente, no es un metal. La estructura de la molécula está unida covalentemente.
Los metales se refieren a elementos que se encuentran dentro de los grupos 1–12 de la tabla periódica, menos hidrógeno (aunque puede ser metálico en circunstancias extremas). Su estructura se llama unión metálica. Esto implica dos partes, una red de núcleos positivos y un mar de electrones compartidos. El hecho de que estos electrones se compartan entre toda la estructura le da muchas de sus cualidades, incluida su conductividad (tanto eléctrica como térmica).
El silicio es el elemento número 14, en el grupo 14 (el único elemento que comparte un número atómico y un grupo fuera del hidrógeno). Es un ‘metaloide’ que es un tipo de no metal.
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Un elemento análogo al silicio es el carbono, el carbono forma una gran cantidad de sustancias diferentes y muy interesantes; llamados alótropos. Estos alótropos son carbono puro y, sin embargo, tienen muchas propiedades diferentes:
- Diamante: enrejado cristalino, claro y muy duro
- Grafito: celosía plana, opaca y quebradiza.
- Grafeno: grafito de una sola capa que, en lugar de ser un aislante, es un conductor, es diamagnético y muy fuerte.
- Nanotubos de carbono: grafeno tubular que posiblemente tenga la mayor resistencia a la tracción de cualquier sustancia conocida.
- Fullereno: carbono hecho en forma de balón de fútbol, útil como proyectil a nanoescala.
Todas estas sustancias, como la arena, son estructuras covalentes de un solo elemento que pueden tener una gran cantidad de usos interesantes.
La solidez tiene un estado de la materia que no es exclusivo de ningún grupo particular de elementos, y es alcanzable por casi todos ellos, dada suficiente temperatura y presión. Las fases de la materia como sólidos, líquidos y gases son el resultado de diferentes niveles de vibraciones microscópicas en las moléculas. Las moléculas más grandes tienden a estar en estructuras más seguras y, como tales, requieren más energía para convertirse en líquido o gas. Sin embargo, los metales, como las moléculas muy grandes (un lingote puro de un metal sería técnicamente una molécula) necesitan tener los enlaces entre los átomos y, por lo tanto, la molécula, rota, para que sea un gas. Los alótropos de carbono y silicio, incluida la arena, también son moléculas muy grandes, por lo que requieren mucha energía para romper los enlaces y el cambio de fase.
Las moléculas como el oxígeno, el hidrógeno, el helio, el argón y el nitrógeno son monoatómicas o diatómicas, y como tales, necesitan muy poca energía para ser gases. Sin embargo, muchos de estos elementos, cuando se combinan en moléculas solo marginalmente más grandes (y a veces más pequeñas), pueden descansar felizmente en la fase líquida a la misma temperatura. El agua, el alcohol y otras moléculas orgánicas se sientan cómodamente en la etapa líquida, no porque sean moléculas súper grandes, sino por el enlace de hidrógeno (no un enlace completo o permanente, sino una forma de fuerza intramolecular.
