Anisotropia: reticolo cristallino, proprietà

L’anisotropia è quel fenomeno per il quale alcune specie hanno caratteristiche che dipendono dalla direzione lungo la quale sono considerate. L’anisotropia è una proprietà fondamentale di tutti i materiali cristallini. Anche nei nanocristalli e nei solidi amorfi, ad esempio nei vetri metallici, l’anisotropia è presente a livello atomico.

Una sostanza cristallina è costituita da particelle (atomi, molecole o ioni) che si presentano in una distribuzione regolare e periodica che può essere descritta con un modello geometrico regolare formato da un insieme di punti detti nodi.

Reticolo cristallino e anisotropia

Unendo i nodi con una serie di linee immaginarie si ottiene una struttura tridimensionale a cui si dà il nome di reticolo cristallino o reticolo di Bravais, dal francese Auguste Bravais che per primo lo descrisse nel 1848

Esso è caratterizzato da:

  • nodi nei quali si trovano particelle materiali della sostanza cristallina
  • filari che sono formati da un insieme di nodi orientati tutti nella stessa direzione e che si trovano a una distanza costante l’uno dall’altro
  • piani reticolari i quali sono costituiti da un insieme di nodi che sono regolarmente arrangiati lungo una superficie.

Immaginando di spostare perpendicolarmente a sé stesso un piano reticolare, si ottiene un reticolo cristallino che è caratterizzato da tre grandezze lineari:

  • ab e c, definite dalla distanza di due nodi consecutivi nelle tre dimensioni dello spazio

e da tre grandezze angolari

  • α, β e γ le quali sono definite dagli angoli reciproci di queste tre direzioni spaziali.

Queste sei grandezze determinano un parallelepipedo elementare la cui ripetizione lungo le tre direzioni primarie dà origine all’intero edificio del reticolo cristallino.

Proprietà

I solidi cristallini, i cristalli liquidi, il legno, i materiali compositi rinforzati con fibre sono caratterizzati dall’anisotropia per la quale alcune proprietà, tra cui l’indice di rifrazione, conducibilità elettrica, conducibilità termica, resistenza meccanica e la resistenza alla trazione variano in funzione della direzione da cui vengono misurate.

solidi amorfi e cristallini da Chimicamo
solidi amorfi e cristallini

L’ indice di rifrazione delle sostanze anisotrope varia a seconda della direzione della luce. In particolare questa caratteristica fa sì che il raggio luminoso venga separato in due raggi di diversa polarizzazione, che vengono rifratti in modo diverso: tale fenomeno è detto birifrangenza.

I materiali amorfi che non presentano una struttura cristallina, di contro, sono isotropi ovvero le loro proprietà fisiche sono indipendenti dalla direzione in cui sono misurate.

Tuttavia si hanno fenomeni di anisotropia artificiale in sostanze amorfe in conseguenza di determinate sollecitazioni. Ad esempio un corpo isotropo può diventare anisotropo se è deformato. Un dielettrico otticamente isotropo può divenire otticamente anisotropo quando è sottoposto a un forte campo elettrico uniforme esteso.

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