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.
Non tutte le sostanze solide hanno struttura ordinata:
vetro comune ha elevata durezza, ma, a differenza di
un cristallo di NaCl, si frattura in modo irregolare.
Ciò è dovuto al fatto che il vetro è costituito da
macromolecole di SiO2 disposte in modo casuale. La
disposizione disordinata presente fa sì che ci si
riferisca ai vetri come a dei liquidi sovraraffreddati,
Sono invece comunemente chiamati solidi amorfi quei
materiali non fluidi che presentano un altissimo grado
di disordine
Sostanza cristallina
Sostanza amorfa
Molte proprietà dipendono da quantità scalari e non
sono influenzate dalla direzione nel cristallo (come la
densità = massa/volume); sono cioè isotrope. Altre
grandezze, come la conducibilità elettrica la durezza,
dipendono dalla direzione di applicazione, sono
anisotrope.
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).
Cella elementare
(tridimensionale)
Nodi: punti immateriali che rappresentano un “motivo” che si ripete nel cristallo.
Un nodo può essere associato ad un punto qualsiasi del “motivo” che si ripete,
purché sia lo stesso per tutti i motivi.
Maglie elementari
(bidimensionali)
Periodicità  Simmetria
Celle elementari primitive dei 7 sistemi cristallini
Le facce di un cristallo corrispondono ai piani reticolari su cui vi è il
massimo addensamento di materia (atomi, ioni o molecole)
?
Rappresentazione di 4 tipi di
sostanze
nodi
Cristalli metallici
Strutture compatte (60% dei metalli)
Fea
Feg
Cristalli ionici
Cubica semplice
Cubica a corpo centrato Cubica a corpo centrato
I cationi solitamente occupano le cavità
Tre tipi di reticoli in cristalli ionici
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
Solidi a reticolo covalente
•Sono altofondenti
•Insolubili in tutti i solventi
•Pessimi conduttori di elettricità (ecc. grafite)
Es. SiO2, diamante, grafite
Cristalli covalenti
Diamante
Grafite
Direzionalità dei legami, elevata durezza, alto punto di fusione,
isolanti (o semiconduttori)
Struttura cristallina del quarzo
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
Cristalli molecolari
I2
Ghiaccio
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