I legami fra molecole nei liquidi non sono forti ed
esse possono fluire
Riducendo l’agitazione termica

legami tra molecole più stabili

formazione una massa rigida.
Una disposizione ordinata delle molecole in
queste condizioni è più probabile di una casuale,
perché corrisponde a una minore energia.
Architettura ordinata di molecole

STATO SOLIDO CRISTALLINO.
CARATTERISTICHE COMUNI
DEI SOLIDI
Incompressibilità
 Rigidità
 Forma definita

Solidi cristallini e solidi amorfi
Solidi cristallini
 particelle disposte
regolarmente nello
spazio
 anisotropia
 punto di fusione ben
definito
Solidi amorfi
 disposizione
disordinata delle
particelle
 isotropia
 punto di fusione non
ben definito
Isotropia= stesse proprietà (cond. elettrica o
termica, durezza etc.) in tutte le direzioni
Anisotropia = diverse proprietà nelle diverse
direzioni
Questa anisotropia è conseguenza della
asimmetria dei reticoli tridimenzionali dei
cristalli solidi
SOLIDI AMORFI = LIQUIDI SOVRARAFFREDDATI
I solidi amorfi sono in realtà dei liquidi ad
elevata viscosità
CLASSIFICAZIONE DEI
SOLIDI CRISTALLINI
Solidi ionici
Solidi covalenti
Solidi molecolari
Solidi metallici
Caratteristiche dei solidi ionici
Nei nodi del reticolo cristallino dei solidi ionici si alternano,
con regolarità, ioni positivi e negativi
Temperatura di fusione
relativamente alta
Fragilità alla trazione
Sfaldamento diagonale
rispetto ai piani reticolari
Allo stato fuso
conducono la corrente
elettrica
Solubili in acqua
In soluzione acquosa
conducono la corrente
Esempi: Cloruro di sodio,ossidi
basici
La
conducibilità delle soluzioni acquose
e allo stato fuso deriva dalla presenza
degli ioni liberi quando il reticolo viene
demolito.
La
temperatura di fusione relativamente
alta si spiega con la forza del legame
ionico
I
solidi ionici si oppongono allo
sfaldamento parallelo ai piani reticolari in
quanto lo scorrimento genererebbe
repulsione fra ioni dello stesso segno.
Lo
sfaldamento avviene lungo i piani
diagonali contenenti tutti atomi con
carica dello stesso segno
La
solubilità in acqua è buona perché il
reticolo viene distrutto e gli ioni vengono
solvatati dall’acqua.
Caratteristiche dei solidi covalenti
Nei nodi del reticolo cristallino dei solidi covalenti sono presenti
gli atomi legati con legame covalente
Temperatura di fusione molto
alta
In generale grande durezza
Isolanti o semiconduttori
Insolubili in acqua
Esempi:silice, diamante
Il
legame covalente è molto forte per cui
i reticoli covalenti sono difficili da
rompere. Ciò spiega perché questi solidi
hanno, in generale, temperature di
fusione molto alte
I
legami covalenti sono fortemente
direzionati; da ciò deriva la durezza
(fatte le debite eccezioni) dei solidi
covalenti.
Struttura del quarzo
Struttura del diamante
Struttura della grafite
Struttura del fullerene C60 con 20 esagoni e 12 pentagoni ottenuto per condensazioni di
vapori di carbonio. Contiene ibridi sp2 con angoli piegati a 108°
Fullereni C70, C74, C82
Hanno importanti
applicazioni in campo
elettronico perchè
formano coi metalli
alcalini complessi
superconduttori
Caratteristiche dei solidi
molecolari
Nei nodi del reticolo cristallino dei solidi molecolari sono presenti
molecole legate con deboli legami intermolecolari
Temperatura di fusione
bassa
Scarsa durezza
Alta tensione di vapore
Esempi: ghiaccio, iodio,
naftalina, anidride carbonica
La
bassa temperatura di fusione è
conseguenza delle deboli forze esistenti fra
le molecole; i legami sono infatti legami
intermolecolari e quindi molto più deboli di
quelli interatomici; alle stesse ragioni sono
imputabili la scarsa durezza e l’alta tensione
di vapore.
Solo il ghiaccio, in virtù dei legami a ponte
di idrogeno, presenta una discreta durezza.
Caratteristiche dei solidi metallici
Nei nodi del reticolo cristallino dei solidi metallici sono presenti ioni
positivi legati da legame metallico. Il reticolo è avvolto dalla nuvola
elettronica
Temperatura di fusione
generalmente alta
Elevata densità
Buona conducibilità termica
ed elettrica
Lucentezza al taglio
Esempi: i vari metalli
La
conducibilità termica ed elettrica dei metalli
è spiegabile con il fatto che gli elettroni di
valenza che fanno parte della nuvola elettronica
che avvolge il reticolo sono liberi di muoversi.
L’elevata
densità dei metalli si deve
all’impacchettamento compatto; gli atomi si
dispongono in modo da lasciare il minor spazio
vuoto possibile;in tal modo ogni atomo è
circondato da altri sei.
La
malleabilità e duttilità si deve alla
struttura del reticolo cristallino dei metalli;
tirando o piegando il reticolo infatti le forze
che legano i vari ioni e la nuvola che li
avvolge rimangono invariate.
Le
alte temperature di fusione sono una
conseguenza della forza del legame metallico
che rende il reticolo difficile da rompere.
In un reticolo tridimensionale i tre parametri di ripetizione a, b e c lungo le direzioni x,
y e z rispettivamente, formanti gli angoli fra gli assi a, b e g, definiscono un
parallelepipedo che viene detto cella elementare (nella letteratura scientifica
anglosassone unit cell, cella unitaria).
Celle elementari primitive dei 7 sistemi cristallini
3 tipi di cella elementare cubica
Cristalli ionici con rapporto rC/rA tra 1 e 0.73
Cristalli ionici con rapporto rC/rA tra 0,3 e 0.414
Cristalli ionici con rapporto rC/rA tra 0.414 e 0.225
I cristalli che incontriamo in natura o otteniamo in
laboratorio non sono mai cristalli perfetti
Il cristallo reale deve essere differenziato dal
cristallo ideale, “infinito” e completamente ripetitivo
(un modello astratto). La non-idealità talvolta
considerata un disturbo, è spesso all’origine di
favorevoli proprietà addizionali, molto utilizzate nella
ingegneria dei materiali e nella fisica dello stato
solido.
Tutti i solidi contengono difetti di qualche tipo e
spesso questi hanno grande influenza su proprietà
come la conduttività elettrica, la resistenza meccanica
e la reattività chimica
Le tecniche di indagine principali dello stato solido che permettono una descrizione a
livello atomico della struttura dei solidi sono i metodo di indagine diffrattometrici
(principalmente la diffrazione di raggi X) e microscopici (specialmente la microscopia
elettronica) sono :
Diffrattometria a raggi X
ESR (electron spin resonance)
NMR (nuclear magnetic resonance)
XRF (Xray fluorescence)
Sono inoltre estesamente usate le tecniche di microscopia per lo studio della morfologia.
In particolare:
SEM (microscopia elettronica a scansione, per l'analisi della morfologia superficiale)
TEM (microscopia elettronica in trasmissione, per lo studio della morfologia cristallina a
bassa risoluzione)
AFM (microscopia a forza atomica, per la caratterizzazione dettagliata di superfici)
Infine, vengono regolarmente utilizzate, nel campo della ricerca sia di base che
applicata, tecniche volte a caratterizzare proprietà macroscopiche di campioni allo stato
solido:
Termogravimetria
DSC (Calorimetria a scansione differenziale)
Conduttimetria
Voltammetria