Lo stato solido. Solido: qualsiasi corpo rigido e incomprimibile che ha forma e volume propri. amorfi. cristallini

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1 Lo stato solido Solido: qualsiasi corpo rigido e incomprimibile che ha forma e volume propri Solidi amorfi cristallini Cella elementare: la più piccola porzione del reticolo cristallino che ne possiede tutte le caratteristiche geometriche e che, ripetuta nelle tre direzioni dello spazio, genera l intero cristallo

2 Y Z α = angolo nel piano YZ β = angolo nel piano XZ γ = angolo nel piano XY b α γ c β a X Nodi: vertici della cella elementare

3 Reticoli di Bravais 7 gruppi o sistemi cristallografici: Triclino Monoclino Rombico Gruppo trimetrico (a = b = c) Trigonale (o romboedrico) Tetragonale Esagonale Gruppo dimetrico (a = b = c) Cubico Gruppo monometrico (a = b = c)

4 Sistema Triclino (a b c) (α β γ 90 ) Primitivo (semplice) Basi centrate Corpo centrato Facce centrate Monoclino (a b c) (α=γ=90 β) Rombico (a b c) (α=β=γ=90 ) Trigonale (o romboedrico) (a=b=c) (α=β=γ 90 ) Tetragonale (a=b c) (α=β=γ=90 ) Esagonale (a=b c) (α=β=90, γ=120 ) Cubico (a=b=c) (α=β=γ=90 )

5 Reticolo Cubico Semplice (CS) 1 8 = 1 8

6 Reticolo Cubico Corpo Centrato (CCC) = 2 8

7 Reticolo Cubico Facce Centrate (CFC) = 4 8 2

8 Diamante (C puro) Sostanze Quarzo (SiO 2 ) monocristalline Corindone (Al 2 O 3 ) Rubino (corindone con Cr) Zaffiro (corindone con Ti e Fe) policristalline (metalli) Fenomeni particolari: polimorfismo allotropia isomorfismo

9 Poichè un eventuale trasformazione da una fase solida all altra è spesso lentissima, una fase cristallina può esistere anche in condizioni in cui essa dovrebbe essere instabile: un tipico esempio è dato dal carbonio diamante e carbonio grafite. La reazione C diamante C grafite a T ambiente e p=1atm ha G < 0 e pertanto dovrebbe essere spontanea. In realtà il diamante non si trasforma in grafite in quanto la velocità di reazione è molto bassa.

10 La diffrazione dei raggi X È stata utilizzata per dimostrare la struttura regolare dei solidi e l esistenza in essi di un reticolo cristallino Se i cristalli possiedono effettivamente la struttura regolare, possono costituire un reticolo di diffrazione delle dimensioni confrontabili con quelle dei raggi X (λ 1Å) Sorgente RX Cristallo ZnS Pellicola fotografica

11 Gli atomi di un cristallo sono disposti regolarmente nello spazio e possono essere considerati come giacenti su piani paralleli, detti piani reticolari (Bragg -teoria della riflessione) fascio di raggi X monocromatico θ C θ A d B

12 I fasci di raggi X riflessi da piani diversi compiono percorsi di differente lunghezza e quindi vi può essere interferenza. L intensità del raggio riflesso varia con l angolo di incidenza. L intensità del raggio riflesso è massima quando la differenza di percorso tra i raggi riflessi è uguale ad un numero intero di lunghezze d onda: nλ = CB + BA = 2CB fascio di raggi X monocromatico CB = d sinθ C θ θ A d B nλ = 2d sinθ Legge di Bragg n = numero intero (1, 2, 3, )

13 Classificazione dei solidi 5 tipologie diverse di solidi: Solidi ionici Solidi covalenti Solidi molecolari Solidi metallici Strutture a strati o a catene

14 Solidi ionici: sono costituiti da un insieme di ioni di segno opposto tenuti uniti da forze di natura elettrostatica Na + Cl - numero di coordinazione = numero di ioni di segno opposto che circonda lo ione considerato

15 Caratteristiche dei solidi ionici: - elevata energia di coesione (energia necessaria per separare gli ioni di carica opposta e per portarli allo stato di vapore) - bassa volatilità: i solidi ionici hanno a temperatura ambiente una bassa tensione di vapore - temperature di fusione piuttosto elevate - durezza abbastanza elevata - fragilità - scarsa conducibilità allo stato solido ed elevata conducibilità allo stato fuso - elevata solubilità in acqua

16 Solidi covalenti: le particelle costitutive sono legate tra loro mediante legami covalenti. Tipici solidi covalenti: il diamante la silice (SiO 2 ) il carburo di silicio (SiC)

17 Caratteristiche dei solidi covalenti: - elevata energia di coesione - scarsa volatilità (ovvero bassa tensione di vapore) - temperature di fusione molto elevate - fragilità - elevata durezza e bassa comprimibilità (il diamante ad esempio occupa il 10 e ultimo posto nella scala delle durezze di Mohs) - scarsa conducibilità elettrica (generalmente)

18 Solidi molecolari: l unità che si ripete nel reticolo è costituita da una molecola o da un atomo chimicamente identificabile. I legami che si formano tra le molecole sono dovuti a forze di van der Waals, cui si possono sovrapporre legami idrogeno. Tipici esempi di solidi molecolari sono rappresentati da CO 2 e I 2, a bassa temperatura.

19 Caratteristiche dei solidi molecolari: - basse temperature di fusione - elevata volatilità - scarsa durezza ed elevata deformabilità - scarsa conducibilità elettrica

20 Solidi metallici: gli atomi che li costituiscono sono tenuti assieme da legami di tipo metallico. Esempi: Ca, Na, K, Fe, Cr, Ag, Au, Caratteristiche dei solidi metallici: - elevata densità dovuta alla formazione di reticoli compatti - elevata conducibilità termica ed elettrica - lucentezza - duttilità - malleabilità - elevata temperatura di fusione (Hg: -39 C; W: C)

21 Strutture a strati o a catene: sono strutture in cui sono presenti legami di tipo ionico o covalente in un piano (o anche solo lungo una direzione), mentre i piani reticolari (o le catene) così generate sono tenuti assieme da forze di van der Waals (in particolare forze di London). Grafite: ha una struttura a strati con legami covalenti lungo un piano; i piani sono tenuti assieme da forze di London. Caratteristiche della grafite: - elevata conducibilità elettrica - facile sfaldabilità

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