lo stato solido caratteristiche e proprietà dei solidi

LO STATO SOLIDO

Caratteristiche e proprietà dei solidi

CARATTERISTICHE COMUNI DEI SOLIDI

IncompressibilitàRigiditàForma definita

Solidi cristallini e solidi amorfi

Solidi amorfi disposizione

disordinata delle particelle

isotropia punto di fusione

non ben definito

Solidi cristallini particelle disposte

regolarmente nello spazio

anisotropia punto di fusione ben

definito

Anisotropia è una parola di origine greca; è il contrario di isotropia che significa “stesse proprietà”Un solido si dice anisotropo se le proprietà quali conducibilità elettrica, indice di rifrazione,conducibilità termica, ecc.. sono diverse a seconda della direzione in cui vengono misurate.L’anisotropia è conseguenza della asimmetria dei reticoli lungo le tre direzioni dello spazio; molti solidi cristallini risultano tuttavia isotropi perché i loro macrocristalli sono, in realtà, costituiti da un gran numero di microcristalli disposti casualmente.Per rilevare l’anisotropia occorre fare le misure su monocristalli.

SOLIDI AMORFI = LIQUIDI

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

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

Nei nodi del reticolo cristallino dei solidi ionici si alternano, con regolarità, ioni positivi e negativi

Esempi: Cloruro di sodio,ossidi

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

Temperatura di fusione molto alta

In generale grande durezza Isolanti o semiconduttori Insolubili in acqua

Nei nodi del reticolo cristallino dei solidi covalenti sono presenti gli atomi legati con legame covalente

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

Temperatura di fusione bassa

Scarsa durezza Alta tensione di

vapore

Nei nodi del reticolo cristallino dei solidi molecolari sono presenti molecole legate con deboli legami intermolecolari

Esempi: ghiaccio, iodio, naftalina

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

Temperatura di fusione generalmente alta

Elevata densità Buona conducibilità

termica ed elettrica Lucentezza al taglio

Nei nodi del reticolo cristallino dei solidi metallici sono presenti ioni positivi legati da legame metallico. Il reticolo è avvolto dalla nuvola elettronica

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.

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

Campioni quarzo naturale e ametistaDue reticoli infiniti di silicati

Esempi di cristalli ionici sono i silicati SiO4- presenti nelle fasi solide del suolo

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