stato solido2.ppt — Agraria

(1)

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



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CARATTERISTICHE COMUNI

DEI SOLIDI



Incompressibilità



Rigidità

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Solidi cristallini e solidi amorfi

Solidi amorfi Solidi amorfi  disposizione _disposizione disordinata delle disordinata delle particelle particelle  isotropia _isotropia

 punto di fusione non _{punto di fusione non}

ben definito

Solidi cristallini

 particelle disposte _{particelle disposte}

regolarmente nello

spazio

 _an_an_isotropia_isotropia

 punto di fusione ben _{punto di fusione ben}

definito

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Isotropia= stesse proprietà (cond. elettrica o

termica, durezza etc.) in tutte le direzioni

Anisotropia = diverse proprietà nelle diverse

direzioni

Questa anisotropia è conseguenza della

asimmetria dei reticoli tridimenzionali dei

cristalli solidi

SOLIDI AMORFI = LIQUIDI SOVRARAFFREDDATI

I solidi amorfi sono in realtà dei liquidi ad

elevata viscosità

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(7)

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CLASSIFICAZIONE DEI

SOLIDI CRISTALLINI

Solidi ionici

Solidi covalenti

Solidi molecolari

Solidi metallici

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Caratteristiche dei solidi ionici

Temperatura di fusione

Temperatura di fusione relativamente alta

relativamente alta Fragilità alla trazione Fragilità alla trazione Sfaldamento diagonale Sfaldamento diagonale rispetto ai piani reticolari rispetto ai piani reticolari

Allo stato fuso conducono la Allo stato fuso conducono la corrente elettrica corrente elettrica Solubili in acqua Solubili in acqua In soluzione acquosa In soluzione acquosa conducono la corrente conducono la corrente

Nei nodi del reticolo cristallino dei solidi ionici si alternano, con regolarità, ioni positivi e negativi

Esempi: Cloruro di sodio,ossidi basici

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La conducibilità delle soluzioni acquose

e 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

(11)

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.

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Caratteristiche dei solidi covalenti

Temperatura di fusione molto Temperatura di fusione molto

alta alta

In generale grande durezza In generale grande durezza

Isolanti o semiconduttori Isolanti o semiconduttori

Insolubili in acqua Insolubili in acqua

Nei nodi del reticolo cristallino dei solidi covalenti sono presenti gli atomi legati con legame covalente

(13)

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.

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(16)

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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 superconduttori

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Caratteristiche dei solidi

molecolari

Temperatura di fusione Temperatura di fusione bassa bassa Scarsa durezza Scarsa durezza

Alta tensione di vapore Alta tensione di vapore

Nei nodi del reticolo cristallino dei solidi molecolari sono presenti molecole legate con deboli legami intermolecolari

Esempi: ghiaccio, iodio,

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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

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Caratteristiche dei solidi metallici

Temperatura di fusione Temperatura di fusione generalmente alta generalmente alta Elevata densità Elevata densità

Buona conducibilità termica

ed elettrica

Lucentezza al taglio

Nei nodi del reticolo cristallino dei solidi metallici sono presenti ioni positivi legati da legame metallico. Il reticolo è avvolto dalla nuvola elettronica

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La conducibilità termica ed elettrica dei metalli

è spiegabile con il fatto che gli elettroni di

valenza che fanno parte della nuvola elettronica che avvolge il reticolo sono liberi di muoversi.

L’elevata densità dei metalli si deve

all’impacchettamento compatto; gli atomi si

dispongono in modo da lasciare il minor spazio vuoto possibile;in tal modo ogni atomo è

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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.

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(24)

Celle elementari primitive dei 7 sistemi cristallini

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 a, b e g, definiscono un

parallelepipedo che viene detto cella elementare (nella letteratura scientifica anglosassone unit cell, cella unitaria).

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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

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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