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Los sistemas físicos tienden a adoptar el estado de menor energía posible. Así, los sólidos existen porque su formación minimiza la energía de un conjunto de átomos o moléculas que interactúan entre sí. Esta regla fundamental de la naturaleza explica en gran medida la estructura del mundo que nos rodea, lo cual no deja de ser sorprendente si tomamos en cuenta que los núcleos atómicos tienden a repelerse, debido a sus cargas eléctricas del mismo signo.
Desde fines del siglo XIX se pensaba que los electrones, con sus cargas opuestas a los núcleos, deberían tener el papel de estabilizar los sólidos, actuando como el "pegamento" que une a los átomos. Estas ideas fueron desarrolladas posteriormente -usando la mecánica cuántica, que estaba en plena fase de construcción- y ya para 1930 existía una teoría del estado sólido que explicaba diversos fenómenos con gran éxito. Esta teoría partía del hecho de que los materiales sólidos con energías más bajas son siempre cristalinos. Al decir cristalinos, nos referimos a que la estructura total consiste en la repetición, sobre las tres direcciones del espacio, de una "celda" o motivo básico atómico (ver figura 1), de manera análoga a la cual una pared se forma al poner un ladrillo sobre otro.
Figura 1. Estructura típica de un cristal. En el caso que se muestra, los ángulos entre los átomos tienen 120 grados. La estructura resultante consiste en la repetición de celdas formadas por hexágonos regulares de seis átomos. La estructura tiene orden a gran escala.
Mientras la teoría de materiales ganaba respetabilidad, al mismo tiempo iba quedando claro que no todos sus fundamentos era tan sólidos como el sujeto de su estudio. En 1932 ya se sabía con certeza que los vidrios comunes no son cristales, aunque mucha gente al oír la palabra cristal piense en un vidrio. Esto es incorrecto (muchos comerciantes se aprovechan de la confusión, y venden vidrio común en lugar de cuarzo, al cual los esotéricos le atribuyen diversas propiedades curativas). La estructura de un vidrio es desordenadaO AMORFA, tal como se muestra en la figura 2, donde puede notarse que existe un orden parecido al de un cristal alrededor de cada átomo y sin embargo la estructura no es periódica (repetitiva) a largo alcance, debido a que los ángulos de los enlaces entre átomos tienen pequeñas variaciones. Estas variaciones se van acumulando a grandes distancias, produciendo desorden estructural.
Figura 2. Sólido desordenado con el mismo tipo de átomos que los representados en la figura anterior, pero con pequeñas variaciones en los ángulos de enlace. Como resultado, los hexágonos se distorsionan y aparecen anillos de átomos pentagonales y heptagonales (anillos en verde). Aunque el sólido presenta orden a pequeña escala, no hay orden de largo alcance.