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
Non tutte le sostanze solide hanno struttura ordinata: vetro comune ha elevata durezza, ma, a differenza di un cristallo di NaCl, si frattura in modo irregolare.
Ciò è dovuto al fatto che il vetro è costituito da macromolecole di SiO2 disposte in modo casuale. La disposizione disordinata presente fa sì che ci si riferisca ai vetri come a dei liquidi sovraraffreddati,
Sono invece comunemente chiamati solidi amorfi quei materiali non fluidi che presentano un altissimo grado di disordine
Molte proprietà dipendono da quantità scalari e non sono influenzate dalla direzione nel cristallo (come la densità = massa/volume); sono cioè isotrope. Altre grandezze, come la conducibilità elettrica la durezza, dipendono dalla direzione di applicazione, sono
anisotrope.
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 edefiniscono un parallelepipedo che viene detto
cella elementare (nella letteratura scientifica anglosassone unit cell, cella unitaria).
Nodi: punti immateriali che rappresentano un “motivo” che si ripete nel
cristallo.
Un nodo può essere associato ad un punto qualsiasi del “motivo” che si ripete, purché sia lo stesso per tutti i motivi.
Maglie elementari (bidimensionali) Cella elementare (tridimensionale)
Le facce di un cristallo corrispondono ai piani reticolari su cui vi è il massimo addensamento di materia (atomi, ioni o molecole)
Rappresentazione di 4 tipi di
sostanze
Cristalli metallici
Cristalli ionici
Cubica a corpo centrato Cubica a corpo centrato Cubica semplice
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
Solidi a reticolo covalente
•Sono altofondenti
•Insolubili in tutti i solventi
•Pessimi conduttori di elettricità (ecc. grafite)
Cristalli covalenti
Diamante Grafite
Direzionalità dei legami, elevata durezza, alto punto di fusione, isolanti (o semiconduttori)
Struttura cristallina del quarzo
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
Cristalli molecolari
Ghiaccio
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
