I legami fra molecole nei liquidi non sono forti ed esse possono fluire

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  STATO SOLIDO CRISTALLINO.

3. CARATTERISTICHE COMUNI DEI SOLIDI Incompressibilità Rigidità Forma definita

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

5. 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

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

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

10. Conducibilità e temperatura di fusione • 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. 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.

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

13. 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.

14. Struttura del quarzo

15. Struttura del diamante

16. Struttura della grafite

17. 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

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

19. 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.

20. Caratteristiche dei solidi metallici Temperatura di fusione generalmente alta 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 Esempi: i vari metalli

21. Conducibilità e Densità • 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 circondato da altri sei.

22. 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.

24. 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). Celle elementari primitive dei 7 sistemi cristallini

25. 3 tipi di cella elementare cubica

26. Cristalli ionici con rapporto rC/rA tra 1 e 0.73

27. Cristalli ionici con rapporto rC/rA tra 0,3 e 0.414

28. Cristalli ionici con rapporto rC/rA tra 0.414 e 0.225

29. 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

31. 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 Voltammetria