LO STATO SOLIDO
Lo stato solido rappresenta uno dei tre stati di aggregazione
della materia.
Nello stato solido le forze attrattive tra le particelle (ioni, atomi,
molecole) prevalgono largamente sull’effetto dell’agitazione
termica.
Libertà di movimento quasi completamente soppressa,
rimangono possibili oscillazioni attorno alla posizione di
equilibrio (moti vibrazionali).
Tutte le sostanze si possono trovare allo stato solido (l’elio fa
eccezione);
l’intervallo di temperatura in cui ciò si verifica dipende dalle
forze di interazione fra le particelle.
Più deboli sono le forze attrattive più bassa sarà la temperatura
per cui si ha il passaggio allo stato liquido o gassoso.
CARATTERISTICHE DEI SOLIDI SONO:
•Forma e volume propri;
•Densità maggiore rispetto ai gas;
•Rigidezza e incomprimibilità
•Non tendono a diffondere, (anche se fenomeni di lenta
diffusione e quindi di mescolamento si manifestano quando due
metalli sono posti a contatto).
Solidi a struttura disordinata: SOLIDI AMORFI
Solidi a struttura ordinata: SOLIDI CRISTALLINI
SOLIDI AMORFI
Sono caratterizzati da una disposizione disordinata degli atomi
paragonabile a quella presente nei liquidi.
Hanno proprietà meccaniche, ottiche ed elettriche ISOTROPE
(uguali qualunque sia la direzione in cui vengono misurate).
Non sono caratterizzati da una temperatura di fusione ben
definita.
TIPICO ESEMPIO DI SOLIDI AMORFI SONO I VETRI
I VETRI
La silice (sabbia) fonde a temperatura elevata (1723°C) e dà
luogo, per raffreddamento rapido ad un solido amorfo (vetrosilice).
Il vetro di sola silice rammollisce a temperatura molto alta per
dare un liquido molto viscoso, quindi le molecole scorrono con
estrema difficoltà le une sulle altre. Per abbassare la temperatura
di rammollimento e quindi la temperatura di lavorazione, si
devono rompere alcuni collegamenti tra le molecole di silice. Ciò
si ottiene introducendo nel reticolo atomi che lo modificano come
ad esempio il sodio. In tal modo il vetro diventa più facilmente
liquido a temperatura più bassa.
SOLIDI CRISTALLINI
Sono caratterizzati da una disposizione ordinata degli atomi
(ioni, molecole) secondo un ben definito RETICOLO
CRISTALLINO. Le proprietà ottiche, meccaniche ed elettriche
sono diverse a seconda delle direzioni in cui vengono misurate
(ANISOTROPIA). Sono caratterizzati da temperature di fusione
ben definite.
Le sostanze cristalline sono strutture ordinate e ripetitive e sono
dotate tutte quindi di una simmetria traslativa. Il più piccolo
insieme di atomi che ripetuto per traslazione nelle tre
dimensioni dello spazio è in grado di generare tutta la struttura
si chiama cella elementare.
STRUTTURA NEI SOLIDI CRISTALLINI
a, b, c e α, β, γ sono dette costanti o parametri di cella ed
individuano la cella elementare.
Il RETICOLO CRISTALLINO è formato dalla ripetizione regolare
lungo le tre direzioni non parallele della cella elementare.
CELLE UNITARIE PRIMITIVE DEI SETTE SISTEMI CRISTALLINI (Reticoli di
Bravais)
CELLE UNITARIE NON PRIMITIVE
(Reticoli di Bravais)
Oltre alle celle elementare
possono anche ottenersi
disposizioni più complesse
che prevedono la presenza
di particelle non solo ai
vertici delle celle, ma anche
al centro di esse o al centro
delle facce dei poliedri.
In totale si ottengono 14
reticoli differenti.
COME SI RICONOSCONO I SOLIDI AMORFI DA QUELLI CRISTALLINI?
La cristallinità di un solido e l’individuazione della
disposizione delle particelle in un cristallo e la sua
assegnazione ad un sistema cristallino avviene mediante
un’analisi chiamata DIFFRATTOMETRIA DEI RAGGI X.
I raggi X sono radiazioni elettromagnetiche aventi lunghezza
d’onda paragonabile alla distanza tra le particelle costituenti i
reticoli cristallini.
CLASSIFICAZIONE DEI SOLIDI CRISTALLINI
SOLIDI IONICI: formati da cationi ed anioni attratti da
interazione di tipo elettrostatica (es. NaCl, CaO, LiF)
SOLIDI COVALENTI: atomi legati fra di loro da legami
covalenti (es: C diamante, SiO2)
SOLIDI MOLECOLARI: insiemi di molecole vincolate nella
loro posizione da legami intermolecolari (es: CO2, I2, Xe)
METALLI : atomi legati insieme da legame metallico (es: Au,
Li, Fe, Cu..)
Solidi ionici
Proprietà:
Legame forte; energia di coesione molto elevata.
Poco volatili (calori di vaporizzazione fra700-5000 KJ/mol).
Elevate T di fusione.
Duri e fragili.
Scarsa conducibilità allo stato solido ma buoni conduttori
elettrici allo stato fuso.
Elevata solubilità in H2O.
Solidi covalenti
Proprietà:
Legame forte; energia di coesione
molto elevata;
poco volatili (calori di vaporizzazione
fra 700-2000 KJ/mol);
elevate T di fusione;
Duri e fragili;
scarsa conducibilità elettrica;
insolubili nei comuni solventi.
C (diamante) Ibridazione sp3
Solidi molecolari
Proprietà:
Deboli interazioni di Van der Waals tra le molecole o gli atomi che
costituiscono il reticolo;
energia di coesione molto bassa;
Volatili (molti sublimano a P atm);
Facilmente deformabili; isolanti elettrici;
Solubili in solventi che hanno caratteristiche di polarità simili.
Solidi metallici
Proprietà:
Legame forte;
energia di coesione elevata;
poco volatili;
elevata densità;
elevata conducibilità termica ed elettrica.
Sono duttili e malleabili ovvero sopportano notevoli
deformazioni permanenti prima di arrivare alla rottura. Tale
proprietà è dovuta ai loro RETICOLI CRISTALLINI MOLTO
COMPATTI.
ALTRI SOLIDI-STRUTTURE A STRATI O A CATENE
Sostanze solide aventi strutture cristalline diverse dalle
precedenti.
Sono presenti legami ionici o covalenti in un piano o lungo una
direzione, mentre i piani reticolari o le catene sono tenuti insieme
da forze di Van der Waals. Si formano piani di sfaldatura.
ALLOTROPIA
Se una specie elementare, cristallizzando in condizioni diverse,dà
origine a cristalli di “abito”diverso si parla di allotropia.
FORME ALLOTROPICHE del C
FORME ALLOTROPICHE DEL FOSFORO
Il fosforo bianco a contatto con l'aria produce
anidride fosforica generando calore.
L'anidride fosforica reagisce violentemente
con composti contenenti acqua e li disidrata
producendo acido fosforico. Se viene a
contatto con la pelle, il calore sviluppato da
questa reazione brucia la parte restante del
tessuto molle. Il risultato è la distruzione
completa del tessuto organico.
Altre forme allotropiche principali: fosforo nero, con struttura
polimerica ortorombica a strati di atomi P ciascuno legato a
altri tre atomi; fosforo rosso, amorfo.
POLIMORFISMO
Consiste nella possibilità da parte delle sostanze non elementari
di cristallizzare in forme differenti che presentano diverse
proprietà chimiche e fisiche a secondo delle condizioni in cui si
realizza la cristallizzazione. Es: carbonato di calcio cristallizza
come calcite (trigonale) o araganite (ortorombica).
ISOMORFISMO
Quando sostanze diverse possono cristallizzare nella stessa
forma si tratta di ISOMORFISMO. L’analogia delle strutture
reticolari è propria di sostanze formate da unità strutturali
analoghe per forma e dimensioni. Es: plagioclasi, olivine,
carbonati dove calcio e sodio, ferro e magnesio, calcio e
magnesio possono sostituirsi vicendevolmente.