LO STATO SOLIDO Lo stato solido rappresenta uno dei tre stati di aggregazione della materia. Nello stato solido le forze attrattive tra le particelle (ioni, atomi, molecole) prevalgono largamente sull’effetto dell’agitazione termica. Libertà di movimento quasi completamente soppressa, rimangono possibili oscillazioni attorno alla posizione di equilibrio (moti vibrazionali). Tutte le sostanze si possono trovare allo stato solido (l’elio fa eccezione); l’intervallo di temperatura in cui ciò si verifica dipende dalle forze di interazione fra le particelle. Più deboli sono le forze attrattive più bassa sarà la temperatura per cui si ha il passaggio allo stato liquido o gassoso.

CARATTERISTICHE DEI SOLIDI SONO: •Forma e volume propri; •Densità maggiore rispetto ai gas; •Rigidezza e incomprimibilità •Non tendono a diffondere, (anche se fenomeni di lenta diffusione e quindi di mescolamento si manifestano quando due metalli sono posti a contatto). Solidi a struttura disordinata: SOLIDI AMORFI Solidi a struttura ordinata: SOLIDI CRISTALLINI

SOLIDI AMORFI Sono caratterizzati da una disposizione disordinata degli atomi paragonabile a quella presente nei liquidi. Hanno proprietà meccaniche, ottiche ed elettriche ISOTROPE (uguali qualunque sia la direzione in cui vengono misurate). Non sono caratterizzati da una temperatura di fusione ben definita. TIPICO ESEMPIO DI SOLIDI AMORFI SONO I VETRI

I VETRI La silice (sabbia) fonde a temperatura elevata (1723°C) e dà luogo, per raffreddamento rapido ad un solido amorfo (vetrosilice). Il vetro di sola silice rammollisce a temperatura molto alta per dare un liquido molto viscoso, quindi le molecole scorrono con estrema difficoltà le une sulle altre. Per abbassare la temperatura di rammollimento e quindi la temperatura di lavorazione, si devono rompere alcuni collegamenti tra le molecole di silice. Ciò si ottiene introducendo nel reticolo atomi che lo modificano come ad esempio il sodio. In tal modo il vetro diventa più facilmente liquido a temperatura più bassa.

SOLIDI CRISTALLINI Sono caratterizzati da una disposizione ordinata degli atomi (ioni, molecole) secondo un ben definito RETICOLO CRISTALLINO. Le proprietà ottiche, meccaniche ed elettriche sono diverse a seconda delle direzioni in cui vengono misurate (ANISOTROPIA). Sono caratterizzati da temperature di fusione ben definite. Le sostanze cristalline sono strutture ordinate e ripetitive e sono dotate tutte quindi di una simmetria traslativa. Il più piccolo insieme di atomi che ripetuto per traslazione nelle tre dimensioni dello spazio è in grado di generare tutta la struttura si chiama cella elementare.

STRUTTURA NEI SOLIDI CRISTALLINI a, b, c e α, β, γ sono dette costanti o parametri di cella ed individuano la cella elementare. Il RETICOLO CRISTALLINO è formato dalla ripetizione regolare lungo le tre direzioni non parallele della cella elementare.

CELLE UNITARIE PRIMITIVE DEI SETTE SISTEMI CRISTALLINI (Reticoli di Bravais)

In totale si ottengono 14 reticoli differenti. CELLE UNITARIE NON PRIMITIVE (Reticoli di Bravais) Oltre alle celle elementare possono anche ottenersi disposizioni più complesse che prevedono la presenza di particelle non solo ai vertici delle celle, ma anche al centro di esse o al centro delle facce dei poliedri. In totale si ottengono 14 reticoli differenti.

COME SI RICONOSCONO I SOLIDI AMORFI DA QUELLI CRISTALLINI? La cristallinità di un solido e l’individuazione della disposizione delle particelle in un cristallo e la sua assegnazione ad un sistema cristallino avviene mediante un’analisi chiamata DIFFRATTOMETRIA DEI RAGGI X. I raggi X sono radiazioni elettromagnetiche aventi lunghezza d’onda paragonabile alla distanza tra le particelle costituenti i reticoli cristallini.

CLASSIFICAZIONE DEI SOLIDI CRISTALLINI SOLIDI IONICI: formati da cationi ed anioni attratti da interazione di tipo elettrostatica (es. NaCl, CaO, LiF) SOLIDI COVALENTI: atomi legati fra di loro da legami covalenti (es: C diamante, SiO2) SOLIDI MOLECOLARI: insiemi di molecole vincolate nella loro posizione da legami intermolecolari (es: CO2, I2, Xe) METALLI : atomi legati insieme da legame metallico (es: Au, Li, Fe, Cu..)

Solidi ionici Proprietà: Legame forte; energia di coesione molto elevata. Poco volatili (calori di vaporizzazione fra700-5000 KJ/mol). Elevate T di fusione. Duri e fragili. Scarsa conducibilità allo stato solido ma buoni conduttori elettrici allo stato fuso. Elevata solubilità in H2O.

Solidi covalenti Proprietà: Legame forte; energia di coesione molto elevata; poco volatili (calori di vaporizzazione fra 700-2000 KJ/mol); elevate T di fusione; Duri e fragili; scarsa conducibilità elettrica; insolubili nei comuni solventi. C (diamante) Ibridazione sp3

Solidi molecolari Proprietà: Deboli interazioni di Van der Waals tra le molecole o gli atomi che costituiscono il reticolo; energia di coesione molto bassa; Volatili (molti sublimano a P atm); Facilmente deformabili; isolanti elettrici; Solubili in solventi che hanno caratteristiche di polarità simili.

Solidi metallici Proprietà: Legame forte; energia di coesione elevata; poco volatili; elevata densità; elevata conducibilità termica ed elettrica. Sono duttili e malleabili ovvero sopportano notevoli deformazioni permanenti prima di arrivare alla rottura. Tale proprietà è dovuta ai loro RETICOLI CRISTALLINI MOLTO COMPATTI.

ALTRI SOLIDI-STRUTTURE A STRATI O A CATENE Sostanze solide aventi strutture cristalline diverse dalle precedenti. Sono presenti legami ionici o covalenti in un piano o lungo una direzione, mentre i piani reticolari o le catene sono tenuti insieme da forze di Van der Waals. Si formano piani di sfaldatura.

ALLOTROPIA Se una specie elementare, cristallizzando in condizioni diverse,dà origine a cristalli di “abito”diverso si parla di allotropia. FORME ALLOTROPICHE del C

FORME ALLOTROPICHE DEL FOSFORO Il fosforo bianco a contatto con l'aria produce anidride fosforica generando calore. L'anidride fosforica reagisce violentemente con composti contenenti acqua e li disidrata producendo acido fosforico. Se viene a contatto con la pelle, il calore sviluppato da questa reazione brucia la parte restante del tessuto molle. Il risultato è la distruzione completa del tessuto organico. Altre forme allotropiche principali: fosforo nero, con struttura polimerica ortorombica a strati di atomi P ciascuno legato a altri tre atomi; fosforo rosso, amorfo.

POLIMORFISMO Consiste nella possibilità da parte delle sostanze non elementari di cristallizzare in forme differenti che presentano diverse proprietà chimiche e fisiche a secondo delle condizioni in cui si realizza la cristallizzazione. Es: carbonato di calcio cristallizza come calcite (trigonale) o araganite (ortorombica). ISOMORFISMO Quando sostanze diverse possono cristallizzare nella stessa forma si tratta di ISOMORFISMO. L’analogia delle strutture reticolari è propria di sostanze formate da unità strutturali analoghe per forma e dimensioni. Es: plagioclasi, olivine, carbonati dove calcio e sodio, ferro e magnesio, calcio e magnesio possono sostituirsi vicendevolmente.