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 CARATTERISTICHE COMUNI DEI SOLIDIDEI SOLIDI

IncompressibilitàIncompressibilità RigiditàRigidità Forma definitaForma definita

Solidi cristallini e solidi amorfiSolidi cristallini e solidi amorfi

Solidi amorfiSolidi amorfi disposizione disposizione

disordinata delle disordinata delle particelleparticelle

isotropia isotropia punto di fusione non punto di fusione non

ben definitoben definito

Solidi cristalliniSolidi cristallini particelle disposte particelle disposte

regolarmente nello regolarmente nello spaziospazio

ananisotropia punto di fusione ben punto di fusione ben

definitodefinito

Isotropia= stesse proprietà (cond. elettrica o termica, durezza etc.) in tutte le direzioniAnisotropia = 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 I solidi amorfi sono in realtà dei liquidi ad elevata viscositàelevata viscosità

CLASSIFICAZIONE DEI CLASSIFICAZIONE DEI SOLIDI CRISTALLINISOLIDI CRISTALLINI

Solidi ioniciSolidi ionici

Solidi covalentiSolidi covalenti

Solidi molecolari Solidi molecolari

Solidi metalliciSolidi metallici

Caratteristiche dei solidi ioniciCaratteristiche dei solidi ionici

Temperatura di fusione Temperatura di fusione relativamente altarelativamente altaFragilità alla trazioneFragilità alla trazioneSfaldamento diagonale Sfaldamento diagonale rispetto ai piani reticolaririspetto ai piani reticolariAllo stato fuso conducono la Allo stato fuso conducono la corrente elettricacorrente elettricaSolubili in acquaSolubili in acquaIn soluzione acquosa In soluzione acquosa conducono la correnteconducono la corrente

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

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 covalentiCaratteristiche dei solidi covalenti

Temperatura di fusione molto Temperatura di fusione molto altaaltaIn generale grande durezzaIn generale grande durezzaIsolanti o semiconduttoriIsolanti o semiconduttoriInsolubili in acquaInsolubili 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 Caratteristiche dei solidi molecolarimolecolari

Temperatura di fusione Temperatura di fusione bassabassaScarsa durezzaScarsa durezzaAlta tensione di vaporeAlta tensione di vapore

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

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 metalliciCaratteristiche dei solidi metallici

Temperatura di fusione Temperatura di fusione generalmente altageneralmente altaElevata densitàElevata densitàBuona conducibilità termica Buona conducibilità termica ed elettricaed elettricaLucentezza al taglioLucentezza 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

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).

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