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I SOLIDI



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SOLIDI AMORFI sono privi di una netta struttura cristallina, Ad esempio il diossido di carbonio di silicio che cristallizza nel quarzo e se viene fuso e fatto raffreddare velocemente si trasforma in un corpo solido e trasparente, in cui le particelle costituenti il corpo restano per così dire bloccate in una struttura amorfa disordinata. In genere stato amorfo è uno stato a più alta energia rispetto allo stato ordinato quindi è possibile che nel tempo le particelle del sodio tornino più o meno lentamente verso la forma cristallina più stabile.


RETICOLI SPAZIALI

Tra i possibili reticoli spaziali tridimensionali quelli a più alta simmetria sono i 3 reticoli cristallini cubici semplici, a corpo, a facce centrate. Le classi in cui vengono abitualmente suddivisi i solidi sono:



solidi ionici,

solidi molecolari,

solidi a struttura covalente,

solidi metallici,

Ognuna delle 4 classi sono occupati possiamo definire le unità strutturali, i punti di fusione, la solubilità in a solventi polari e apolari legami che tengono uniti nel solido, durezza, conducibilità elettricità.


SOLIDI IONICI I nodi reticolari sono occupati da ioni trattenuti nelle loro posizioni dalle forze colombiane attrattive, e repulsive. Si tratta di forze elettrostatiche, che sono molto più rilevanti delle normali forze di Van der Waals, perchè l’energia di legame è relativamente elevata. I solidi ionici tendono ad essere non molto duri e sono per lo più abbastanza fragili la temperatura di fusione dei solidi ionici si aggira intorno ai 801° C però i legami ionici aumentano con la carica e diminuiscono la distanza, le zone di fusione aumentano nei solidi costituiti da ioni piccoli e con cariche alte. I solidi ionici sono solubili in acqua ma diminuisce con l’aumento delle dimensioni. I composti ionici sono cattivi conduttori di elettricità essi conducono però nello stato liquido, e una volta fusi o quando vengono sciolti in acqua.


SOLIDI MOLECOLARI Nei cristalli molecolari l’unità ripetitiva è un atomo o molecola chimicamente identificabile che non possiede una carica definita. La coesione di questi cristalli è una conseguenza delle forze di Van der Waals che sono di gran lunga più deboli delle forze di attrazione coulombiana fra due ioni e di conseguenza l’energia di legame dei cristalli molecolari è relativamente piccola. Se le molecole sono apolari possono ugualmente interagire a causa del movimento causale degli elettroni in una molecola. Ciò origina deboli attrazioni intermolecolari, chiamate forze di dispersione o forze di London. Questi solidi tendono ad essere piuttosto hanno punti di fusione bassi, poiché è necessaria poca energia per separare le singole molecole, ma questa energia aumenta con l’aumentare della massa molecolare della sostanza. Le sostanze appartenenti al V VI VII gruppo hanno punti di fusione ed ebollizione decisamente più alti di quelli che si osserva per gli altri elementi di tale gruppo ciò è dovuto ad una particolare forma di interazioni, detta “legame idrogeno” che si esercita tra le molecole quando in esse è presente un atomo di idrogeno legato ad un elemento elettronegativo e di piccole dimensioni. Definiamo un legame idrogeno come un’attrazione intermolecolare nella quale un atomo di H legato ad un atomo piccolo elettronegativo è attratto da una coppia condivisa di elettroni di un altro atomo piccolo elettronegativo.



I solidi molecolari tendono in genere ad essere teneri  e solubili nei vari solventi è ovvio che si le sostanze saranno più polari saranno maggiormente solubili in solventi polari come H2O e viceversa per le sostanze apolari, più solubili in solventi organici. I solidi molecolari sono incapaci di condurre corrente.


SOLIDI COVALENTI Nei solidi a reticolo covalente tutti gli atomi sono collegati da un sistema continuo di legami covalenti ben definiti a coppie di elettroni ed hanno un livello d’energia molto elevato

Un classico esempio di solido a struttura covalente è rappresentato dal diamante la cui temperatura di fusione è di ≈ 3500° C la cui durezza assume valore 10 nella scala di Mohs. Ogni atomo di carbonio forma legami covalenti con altri quattro atomi posti ai vertici di un tetraedro regolare: tutti gli atomi di carbonio sono legati fra loro mediante legami s localizzati, formati per sovrapposizione degli orbitali ibridi sp3. La disposizione degli atomi può essere descritta come una struttura cubica a facce centrate con atomi di carbonio addizionali situati a metà fra vertici alterni ed il centro del cubo.

Il solido deve essere considerato come una enorme molecola dato che la trama dei legami covalenti è estesa a tutto il solido. Ne deriva per questi cristalli un’elevata durezza ed un alto punto di fusione. In alcuni cristalli vi sono reticoli covalenti infiniti bidimensionali. L’esempio più noto è la struttura della grafite questa sostanza nera e tenera che può essere usata come lubrificante o anche, mescolata ad argilla, per fabbricare le mine delle matite, ed è un buon conduttore di elettricità. Questa è una modificazione cristallina del carbonio, la cui struttura è determinata da una ibridizzazione sp2 degli atomi di carbonio. Ciascun atomo di carbonio è legato in modo covalente ad altri tre in modo tale che tutti gli atomi giacenti in un singolo piano sono collegati secondo una struttura a lamina. Nel cristallo di grafite, queste infinite lamine di atomi sono riunite in una struttura a strati nella quale le forze di attrazione tra i diversi strati sono del tipo Van der Waals. Tale struttura può essere descritta come una struttura esagonale regolare. I solidi covalenti hanno punti di fusione molto elevati. Inoltre sono tra le sostanze più dure e più incomprimibili. Infatti in essi un atomo centrale stabilisce forti legami covalenti con i suoi vicini solo se essi occupano certe posizioni ben definite. Perciò qualunque deformazione notevole di un reticolo solido covalente implica la rottura di legami covalenti; ciò richiede notevoli quantità di energia. La conducibilità di un solido covalente è in generale molto piccola e, mentre essa può aumentare con il crescere della temperatura, non aumenta bruscamente se la sostanza viene fusa.


SOLIDI METALLICI I metalli sono conduttori dell’elettricità e del calore lucenti, e malleabili, ai nodi reticolari dei solidi metallici ci sono degli ioni positivi, circondati e legati insieme da un gas di elettroni in movimento all’interno della struttura. Nel suo complesso: si può dire che un metallo è un insieme di ioni positivi immersi in un “mare” di elettroni mobili. Fermi utilizzando la meccanica ondulatoria, descrisse questo gas di elettroni come un gas degenere costituito solo da elettroni provenienti dalla ionizzazione degli atomi del metallo distribuiti su orbitali delocalizzarti estesi su tutto il cristallo. Il legame metallico, con i suoi elettroni delocalizzati, è di tipo non decisionale gli ioni ai nodi reticolari possono slittare gli uni sugli altri senza che la struttura ne risulta alterata.

All’aumentare della temperatura il numero di elettroni che acquista sufficiente energia per separarsi dai loro atomi aumenta.

L’energia del legame metallico varia sensibilmente tra un metallo e l’altro il che spiega la vasta gamma di temperatura di fusione che si osservano per i vari elementi di questa classe. In genere i metalli non sono solubili nei vari solventi, alcuni metalli sono però in grado di sciogliersi nel mercurio formando un tipo di soluzione chiamata amalgama







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