Caratteristiche e proprietà dei solidi LO STATO SOLIDO Caratteristiche e proprietà dei solidi Ricordare che lo stato solido è assieme a quello liquido e gassoso e allo stato particolare di plasma uno dei possibili stati della materia

CARATTERISTICHE COMUNI DEI SOLIDI Incompressibilità Rigidità Forma definita Fare osservare che anche i liquidi sono praticamente incompressibili ma non hanno una propria forma

Solidi cristallini e solidi amorfi particelle disposte regolarmente nello spazio isotropia punto di fusione ben definito Solidi amorfi disposizione disordinata delle particelle anisotropia punto di fusione non ben definito

SOLIDI AMORFI = LIQUIDI I solidi amorfi sono in realtà dei liquidi ad elevata viscosità In realtà si dovrebbe parlare di un ulteriore stato della materia: lo stato vetroso.Poiché però lo stato vetroso ha la stessa disposizione disordinata delle particelle come lo stato liquidi è giusto in prima approssimazione assimilarli.

CLASSIFICAZIONE DEI SOLIDI CRISTALLINI Solidi ionici Solidi covalenti Solidi molecolari Solidi metallici

Definizione 1. La cella elementare “la più piccola unità ripetitiva di una struttura cristallina in 3D che mostra l’intera simmetria della struttura” La cella elementare è una scatola con: 3 lati - a, b, c 3 angoli - , , 

 Sette forme di celle elementari Cubica a=b=c ===90° Tetragonale a=bc ===90° Ortorombica abc ===90° Monoclinica abc ==90°,   90° Triclinica abc     90° Esagonale a=bc ==90°, =120° Romboedrica a=b=c ==90°

Celle elementari

Celle Cubiche Esempi di celle cubiche

Esempio in 2D - (cloruro di sodio, NaCl) I punti del reticolo sono punti con identico intorno

La scelta dell’origine della cella è arbitraria, i punti del reticolo non devono essere atomi . Le dimensioni della cella elementare devono essere sempre le stesse

Questa è anche una cella elementare - si può cominciare o dal Na o dal Cl

- o se si vuole si può non cominciare da un atomo

Questa NON è una cella elementare anche se è sempre la stessa- gli spazi vuoti non sono permessi!

Caratteristiche dei solidi ionici Nei nodi del reticolo cristallino dei solidi ionici si alternano, con regolarità, ioni positivi e negativi 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 Esempi: Cloruro di sodio,ossidi

Conducibilità e temperatura di fusione La conducibilità 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

Sfaldabilità e solubilità 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 Nei nodi del reticolo cristallino dei solidi covalenti sono presenti gli atomi legati con legame covalente Temperatura di fusione molto alta In generale grande durezza Isolanti o semiconduttori Insolubili in acqua Esempi:silice,diamante

Durezza e alto punto di fusione 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. Ricordare la grafite e i motivi della sua sfaldabilità

Cella elementare del diamante (sistema cubico) dC-C = 154 pm d (diamante) = 3.52 g/cm3

Struttura della grafite (sistema esagonale) 340 pm dC-C = 142 pm d (grafite) = 2.25 g/cm3

Fullereni C60 I fullereni sono strutturalmente simili alla grafite, la quale si costituisce di anelli esagonali collegati tra loro su un piano, ma si differenziano per alcuni anelli di forma pentagonale (o a volte ettagonale) che impediscono una struttura planare

Grafene e Nanotubi Grafene Nanotubo Il grafene è costituito da uno strato monoatomico di atomi di carbonio (avente cioè uno spessore equivalente alle dimensioni di un solo atomo). Il corpo di un nanotubo è formato da soli esagoni, mentre le strutture di chiusura sono formate da esagoni e pentagoni, esattamente come i fullereni

Caratteristiche dei solidi molecolari Nei nodi del reticolo cristallino dei solidi molecolari sono presenti molecole legate con deboli legami intermolecolari Temperatura di fusione bassa Scarsa durezza Alta tensione di vapore Esempi: ghiaccio, iodio, naftalina

I deboli legami intermolecolari 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 Nei nodi del reticolo cristallino dei solidi metallici sono presenti ioni positivi legati da legame metallico. Il reticolo è avvolto dalla nuvola elettronica Temperatura di fusione generalmente alta Elevata densità Buona conducibilità termica ed elettrica Lucentezza al taglio Esempi: sodio, ferro, rame

Lavorabilità e temperatura di fusione 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.