Proprietà dei solidi: classificazione

Le proprietà dei solidi sono influenzate dal tipo di forze attrattive tra le particelle che li costituiscono. Tra le proprietà dei solidi vi sono colore, temperatura, densità, durezza e punti di fusione

I solidi cristallini sono generalmente classificati in base alla natura delle forze che tengono insieme le particelle che li costituiscono. Queste forze sono i responsabili principali delle proprietà fisiche esibite dai solidi.

Fu solo all’inizio del 1900 che gli scienziati furono in grado di guardare all’interno dei cristalli , quando lo scienziato tedesco Max von Laue e gli scienziati inglesi  William Bragg e Lawrence Bragg svilupparono un metodo che utilizza i raggi X per determinare le strutture microscopiche dei cristalli solidi.

La cristallografia a raggi X e altri metodi strumentali, consentono la comprensione della relazione tra struttura e comportamento per progettare materiali nuovi e utili.

Classificazione

A seconda del tipo di legame presente i solidi cristallini si classificano come: solidi ionici, solidi metallici, solidi covalenti e solidi molecolari. Le proprietà dei solidi infatti dipendono dalla configurazione elettronica degli elementi costitutivi.

ciclo di Born-HaberI solidi ionici sono costituiti da cationi e anioni che si trovano sui nodi di un reticolo cristallino legati tra loro da intense forze di tipo coulombiano. Pertanto l’energia reticolare è molto elevata e così lo è pure il loro punto di fusione.

I solidi metallici sono costituiti da ioni metallici che si trovano sui nodi di un reticolo cristallino immersi in una nube di elettroni. Il legame è quindi delocalizzato e consiste in un’attrazione elettrostatica che si instaura tra gli elettroni di valenza e i cationi.

solidi covalenti sono costituiti da atomi o molecole direttamente legati tramite legami di natura covalente  e nel cristallo non sono individuabili singole molecole.

I solidi molecolari sono costituiti da aggregati di particelle neutre (atomi o molecole). Se le molecole sono apolari le forze interagenti sono quelle di van der Waals mentre se le molecole sono polari le forze interagenti sono di tipo dipolo-dipolo o legame a idrogeno.

Tra le proprietà dei solidi molecolari vi è la bassa temperatura di fusione e di ebollizione rispetto ai solidi metallici, ionici e covalenti

Esempi di solidi molecolari con basse temperature di fusione e di ebollizione includono argon, acqua, naftalene, nicotina e caffeina.  I costituenti dei solidi molecolari hanno dimensioni variabili da gas monoatomici condensati a piccole molecole come il naftalene a grandi molecole con decine di atomi come il fullerene con 60 atomi di carbonio

Proprietà dei solidi

Le proprietà dei solidi sono diverse a seconda de tipo di legame presente. Mostrano, tuttavia, caratteristiche comuni tra cui essere caratterizzati:

In tabella vengono riportati i tipi di solidi, il tipo di particelle, il tipo di legame, esempi relativi e proprietà

Tipo di solido Particelle Tipo di legame Esempi Proprietà
Ionico Ioni Ionico NaCl, KF, MgO Elevato punto di fusione, spesso solubile in acqua, conduttore allo stato fuso o in acqua
Metallico Ioni metallici Metallico Cu, AlFe Buon conduttore di elettricità e corrente, duttilità, malleabilità, lucente
Covalente Atomi o molecole Covalente Diamante, SiC, SiO2 Elevato punto di fusione, non conduttore, elevata durezza
Molecolare Atomi o molecole apolari Forze intermolecolari H2, Br2, CCl4 Basso punto di fusione e di ebollizione, non conduttore, poco solubile in acqua, solubile in solventi organici
Molecolare Atomi o molecole polari dipolo-dipolo, legame a idrogeno

 

HCl, NH3, H2O Punto di fusione e di ebollizione maggiore rispetto alle molecole apolari, maggiore probabilità di solubilità in acqua

 

 

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