STRUTTURA DEI MATERIALI
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- Flaviana Spinelli
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2 STRUTTURADEIMATERIALI CRISTALLINA AMORFA ORDINATAmetalli,ceramici Sonocaratterizzatidaunadisposizioneordinata degliatomi(ioni,molecole)secondounben definitoreticolocristallino.leproprietà ottiche,meccanicheedelettrichesonodiversea secondadelledirezioniincuivengonomisurate (ANISOTROPIA).Sonocaratterizzatida temperaturedifusionebendefinite. DISORDINATAvetri,polimeri Sonocaratterizzatidaunadisposizionedisordinata degliatomiparagonabileaquellapresentenei liquidi. Hannoproprietàmeccaniche,otticheedelettriche ISOTROPE(ugualiqualunquesialadirezioneincui vengonomisurate). Nonsonocaratterizzatidaunatemperaturadi fusionebendefinita.
3 Lesostanzecristallinesonostruttureordinateeripetitiveesonodotatetuttequindidi simmetria.ilpiùpiccoloinsiemediatomicheripetutopertraslazionenelletredimensioni dellospazioèingradodigeneraretuttalastrutturasichiamacellaelementare. STRUTTURAMONOCRISTALLINA: tantecellecristallineorientateallostesso modoperformareunmonocristallo (es.siliciopermicrolelettronica) STRUTTURAPOLICRISTALLINA: tantecellecristallineaccresciutesisenza chevifosserolecondizioniperchési orientasseroallostessomodo.ingenerale,i materialicristallinisonopolicristallini (es.metalli,leghe,ceramici)
4 STRUTTURACRISTALLINA Neimaterialicristallini(monoopoli)gliatomi,ogliioni,ole molecolesonosistematiordinatamenteinposizionigeometriche bendefinitedallerispettivecelle.sonomantenutiinqueste posizionidailegamichimici.traatomi,oioni,omolecolesi esercitanoforzeattrattiveorepulsivetalidafarliaccostaread unadistanzadiequilibrio (DISTANZADILEGAME).
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6 Elementiecompostinaturali Unelemento èunasostanzache nonpuòessereseparataintipipiùsemplicidimateria connormaliprocessichimici. Ottotraglielementipresentiinnatura costituisconodasoliil90%dellacrostaterrestre.
7 Raramenteglielementisitrovanocomeelementinativi, cioènoncombinaticonaltrielementi.
8 Ingenereglielementisonocombinatichimicamente innumerodidueopiùaformarecomposti.
9 Ognicompostohaunacomposizionechimicadefinita espressadaunaspecificaformulachimica.
10 Ognimineralesipresentacomeunsolidodotatodi unaparticolareformageometricadettaabitocristallino.
11 Ognimineralesipresentacomeunsolidodotatodi unaparticolareformageometricadettaabitocristallino.
12 Lastrutturacristallinadeiminerali L aspettodell abitocristallinodiunmineraleèilrisultatodellaparticolaredisposizionedegli atomiedellemolecoleall internodeicristalli. Questadisposizioneinternaordinata èdettastrutturadelreticolocristallino.
13 Duefilarinonparalleli individuano unpianoreticolare Unpianoreticolare èdatodalla ripetizione pertraslazione diunamaglia pianaelementare
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15 Lastrutturacristallinadelsalgemma(NaCl)èdata daunadisposizionegeometricaeordinatainuna cellaelementarecubicadiionina + ecl.
16 Nonsempreicristallihannoformageometricaregolare.
17 Proprietà: Legameforte;energiadicoesionemoltoelevata. Pocovolatili(caloridivaporizzazionefra KJ/mol). ElevateTdifusione. Duriefragili. Scarsaconducibilitàallostatosolidomabuoniconduttorielettriciallostatofuso. ElevatasolubilitàinH2O.
18 covalenti,costituitidaatomilegaticovalentemente fraloroaformare unaretechesiestendeintutteledirezionidelcristallo; Proprietà: Legameforte;energiadicoesionemoltoelevata; pocovolatili(caloridivaporizzazionefra kj/mol); elevatetdifusione; Duriefragili; scarsaconducibilitàelettrica; insolubilineicomunisolventi.
19 molecolari,costituitidaatomiodamolecoleneutretenuteinsiemedaforze deboli. Proprietà: DeboliinterazionidiVander Waals tralemolecoleogliatomichecostituisconoil reticolo; energiadicoesionemoltobassa; Volatili(moltisublimanoaPatm); Facilmentedeformabili;isolantielettrici; Solubiliinsolventichehannocaratteristichedipolaritàsimili.
20 metallici,costituitidacationi,cheoccupanolevarieposizionidelreticolo, circondatidaelettronidivalenzainmovimentoediffusiintuttoilsolido; Proprietà: Legameforte; energiadicoesioneelevata; pocovolatili; elevatadensità; elevataconducibilitàtermicaedelettrica. Sonoduttiliemalleabiliovverosopportanonotevoli deformazionipermanentiprimadiarrivareallarottura.tale proprietàèdovutaailororeticolicristallinimolto COMPATTI.
21 Fattoricheinfluenzanolastrutturadeicristalli Inunsolidocristallinodevonoessererispettatiduequesitifondamentali: 1.Ledimensioni dellespeciechimichechesicombinanodevonoesseretalidapotere costituireun impalcaturacristallinastabile. 2.Lecarichenegativeepositive devonobilanciarsiesattamente,affinchélacella elementaresiaelettricamenteneutra.
22 DEFORMAZIONEDEIMATERIALIMETALLICI Quandounmaterialemetallicoèassoggettatoasforzisiverificanodelle deformazionichepossonorisultare: Elasticheledistorsionidelreticolo cristallinosiannullanoall annullarsidegli sforziapplicati. Plasticheledistorsionisonopermanentie consistonoinscorrimenti(slip).
23 DeformazionePlasticainMonocristalli Ladeformazioneplasticadiunmonocristalloprovocasegnidi traslazionesullasuperficiebandediscorrimento Atomidispecificipiani cristallografici(pianidi scorrimento)provocanolebande discorrimento Bandediscorrimento
24 BandediScorrimentoePianidiScorrimento Neimetalliduttililadeformazionesipresentaconuna formaagradini(bandediscorrimento) Lebandediscorrimentosonocausatedalloscorrimentodiatomi lungospecificipianicristallograficidettipianidiscorrimento pianidiscorrimentohanno spessoridicirca200a,lebandedi scorrimentohannospessoridi 20000A
25 Sistemidiscorrimento Ledislocazionisimuovonosupianiprivilegiati(pianidiscorrimento)edirezioniprivilegiate (direzionidiscorrimento).l insiemedeipianidiscorrimentoedelledirezionidiscorrimento sichiamanosistemidiscorrimento. Ipianieledirezionicoincidonoconquellerispettivedimassimoaddensamentoatomico. Loscorrimento(daltermineglide) identificailmotodelledislocazioniinassenzadiostacoli. Inpresenzadiostacoliledislocazioniattivanoaltritipidimotoenergeticamentemeno favoriti,comeadesempio:motidiclimb (nonconservativo)perledislocazioniaspigoloe motidicrossslip (conservativo)perquelleavite.
26 Proprietàfisichedeiminerali Imineralisiidentificanoattraversoleloroproprietàfisiche: colore; pesospecifico; durezza; lucentezza; temperaturadifusione; magnetismo; fluorescenza; radioattività.
27 Ilcolore diunmineraledipendedallapresenza nellasuastrutturadicertiatomi: rame=verde,azzurro; manganese=rosa,arancio; ferro=giallastro,rosso,marrone,nero. Talvolta,lostessomineralepuòpresentarecoloridiversi acausadiimpuritàpresentinellasuastruttura.
28 Il colore è dovuto ad un assorbimento preferenziale di varie lunghezze d onda fra le innumerevoli che compongono lo spettro della luce bianca. È strettamente dipendente dal chimismo e dalla struttura. IlColore diunminerale,èquellochesiosservainlucenaturale
29 Coloredellapolvere(striscio) Inmoltiminerali(soprattuttoquellimetallici)èmoltoutileesaminare ilcoloredellapolveredelmineralestesso. Perladeterminazionedelcoloredella polvere(ostriscio)siusaunapiccola piastrelladiporcellanabiancaruvida chiamatatavolettadistriscio(durezza paria7),nellaqualeviene strisciato ilminerale. Mineraliopachi =polverescura. Mineralitrasparenti =polverebiancaocolorepiùtenuedelminerale.
30 Proprietàfisichedeiminerali Ilpesospecifico diunmineraleèilrapportotrailsuopeso eilpesodiunugualevolumediacquadistillataa 4C. Dipendedaltipodiatomichecostituisconoilminerale edalloroaddensamentonellastrutturacristallina. Aparitàdivolume,alcunimineralisonopiùpesantidialtri.
31 Proprietàfisichedeiminerali Ladurezza diunmineraleèunamisuradellasuaresistenzaa esserescalfitooabraso. Ladurezzasideterminaperconfronto conunascalastandard:lascaladimohs.
32 Oss ervar e e capir
33 Proprietàfisichedeiminerali Lalucentezza èlacapacitàdiunmineraledirifletterelaluce. Lalucentezzametallica èquellatipicadimineralimetallici(cromo,acciaio,rame,oro); solfuri(piriteegalena);ossidi(ematite)cheriflettonolamaggiorpartedellaluce incidente.questimineralisonoinfattiopachiallaluceenonsilascianoattraversareanche sehannospessorimoltosottili. Imineralinonmetallici,invece,sonoquellichesilascianoattraversare(seppurinmodo variabile)dallaluce.
34 Spesso i minerali vengono descritti sulla base delle qualità di luce che possono trasmettere. Tali proprietà sono raggruppate sotto il termine diafano, che esprime proprio la qualità della trasmissione della luce di un minerale. Sullabasediquestotermineunminerale puòessere: Trasparente Quandolaluceattraversailmineraleedèpossibile osservarenitidamentequellochec èdietro. Berillo Traslucido Quandolaluceattraversailminerale,mailsuogradodi trasparenzapermettesolodipercepirelaformadiunoggettoposto dietro,manondidistinguerneicontorni. Galena Fluorite OpacoImineralicheriflettonoquasituttalalucecheli colpisce,ossialalucenonpassaattraversoilminerale.
35 Polimorfismo Ilpolimorfismo èlacaratteristicadidueopiùminerali chepuravendolastessacomposizionechimica, presentanodiversastrutturadelreticolocristallino. Ildiamanteelagrafitesonocostituitientrambidacarbonio mahannodiversastrutturadelreticolocristallino
36 Isomorfismo L isomorfismo siverificaquandoionidielementi chimicidiversi(conraggioionicoecarichesimili) possonosostituirsiavicenda,all interno dellostessoreticolocristallino. Questielementisidefinisconovicarianti eilfenomenodell intercambiabilitàèdettovicarianza. Imineralichepresentanoisomorfismodannovere epropriesoluzioniallostatosolidodiduemineralidistinti, dettemisceleisomorfe. Unesempiodimiscelaisomorfarinvenibileintutteleproporzionièl olivina. L olivinaèunsilicatocostituitodatetraedridisilicatolegatiaioniferroemagnesio; questidueionisonopresentiinpercentualivariabiliasecondadeicristalli. Laformuladelmineraleè(Mg,Fe) 2 SiO 4.
37 DIFETTINEISOLIDICRISTALLINI In realtà i materiali mono o policristallini non sono cosìordinati come si èdetto finora, ma sono ricchi di DIFETTI RETICOLARI DIFETTI PUNTUALI DIFETTI LINEARI DIFETTI DI SUPERFICIE Idifettiinfluenzano: proprietàfisiche proprietàmeccaniche proprietàtecnologiche(deformabilitàafreddo,conduttività elettronicadeisemiconduttori,corrosione). Controllandoleimperfezionireticolarisiottengonomaterialicon proprietàcheessinonpossedevanooriginariamente.
38 DIFETTIPUNTUALI Questo tipo di difetto prevede O la mancanza di un atomo nel reticolo (vacanza), O la presenza di un atomo più piccolo in posizione interstiziale (interstiziale), O un atomo diverso che sostituisce un atomo proprio del reticolo (sostituzionali).
39 DIFETTIPUNTUALI:VACANZA Con la temperatura aumenta la concentrazione di vacanze: Le vacanze sono difetti di equilibrio: per un certo materiale ad una certa temperatura esiste una certa densità di vacanze che rende minima l'energia del reticolo cristallino a quella temperatura
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41 SonoutiliiDIFETTIPUNTUALI? La presenza di impurezze sostituzionali adatte, provoca variazioni rilevanti nella conducibilità elettrica dei semiconduttori La sostituzione di un atomo con un altro di carica e dimensioni simili è una condizione favorevole per la formazione di soluzioni solide (es. leghe metalliche). Per ottenere leghe metalliche, è essenziale la possibilità di avere atomi in posizione interstiziale o sostituzionale.
42 Unadislocazioneèundifettodilineacheseparaunaregione deformatadelcristallodallarestanteregioneindeformata Dislocazioneaspigolo Movimentodiunadislocazioneaspigolo
43 DIFETTILINEARI:DISLOCAZIONI Si tratta di dislocazioni a spigolo o avite: sono essenziali per la deformazioneplasticadeimateriali Inunmetallocommerciale(es.Cu)sonopresenticirca10 8 dislocazioniognicm 3
44 Dislocazioni a spigoloe loro moto In una parte del cristallo è presente un piano cristallino in più o in meno rispetto al reticolo perfetto. I II
45 III IV All'esterno del cristallo si osserva la formazione di un gradino.
46 Dislocazioneaspigoloolineare
47 Dislocazioniavite Una rampa a spirale di atomi spostati rispetto alla posizione del reticolo perfetto. Dovuta all applicazione di sforzi di taglio.
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52 IBDGsonoricchidilegamidistorti,impurezze,dislocazioni,atomiconNCinferioresono zoneadelevatareattivitàevidenziabilidaopportunereazionichimiche(attaccochimico) sonoregionidi saldatura traidiversicristalli componentiilmaterialeesonozonediesiguospessore.normalmenteibdg sonoregioni piùresistentimeccanicamentedelrestodelcristallo. Monocristallo Policristallo
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