Differenze strutturali e termodinamiche tra solidi cristallini e vetrosi

Categorie dei solidi

I solidi si dividono essenzialmente in due categorie: i solidi cristallini, i quali posseggono e seguono un concetto d'ordine, e i solidi amori o vetrosi, con struttura disordinata e che non si adattano a precise geometrie.
I solidi vetrosi sono dei sistemi che presentano dei comportamenti tipici dei solidi, ma con una struttura simile a quella dei liquidi, pertanto sono definibili come prodotti inorganici di fusione raffreddati fino a raggiungere una condizione rigida ma senza cristallizzare. Si tratta di sistemi metastabili in quanto da un punto di vista termodinamico dovrebbero esistere solo come fasi di passaggio tra due sistemi stabili, ma è possibile giustificare la loro esistenza definendoli dei liquidi sottoraffreddati a enormi viscosità, cosa che conferisce loro un aspetto solido ma che impedisce la trasformazione nei solidi corrispettivi.

Teoria del reticolo continuo

Secondo questa ipotesi il vetro è costituito da un reticolo continuo casuale e rigido in cui gli atomi si dispongono come allo stato liquido, ovvero ogni atomo presenta un ritorno che è diverso da quello che presenta l'atomo adiacente, pertanto non segue una struttura cristallina. Grazie a questa teoria è possibile predire quali sono gli atomi inclini a formare ossidi vetrosi in base a quattro regole: l'ossigeno può legarsi al massimo con due atomi formatori di reticolo; il numero di ossidazione dell'atomo formatore deve essere minore uguale a 4; le unità strutturali poliedriche possono condividere solo angoli ma non lati o facce; i poliedri devono creare una struttura tridimensionale.

Tipi di atomi nei vetri

In base a questa teoria molto accreditata esistono tre tipi di atomi: formatori di reticolo, modificatori di reticolo e ossidi intermedi.

I formatori di reticolo sono degli ossidi non metallici particolarmente predisposti a formare un ossido vetroso punto un esempio è la silice amorfa. Poi ci sono i modificatori di reticolo che da soli non possono formare un reticolo ma vengono aggiunti ai vetri di silice per permettere la lavorazione a basse temperature diminuendo la viscosità del pezzo. Infine esistono gli ossidi intermedi, che di per sé non possono formare vetri ma agiscono da formatori se aggiunti ad altri ossidi.

Differenze tra solidi cristallini e vetrosi

Nel solido cristallino esiste un punto e una temperatura di fusione ben precisa e il passaggio di stato avviene mediante un arresto termico dove le due fasi coesistono a temperatura costante; nel vetro non c'è nessun passaggio di stato ma ciò che cambia è la viscosità e in base ad essa è possibile distinguere tre stati: rigido, rammollimento e fluido. Un parametro che non è fisico ma che ha una certa importanza è la temperatura di transizione vetrosa, che è il punto che si ottiene intersecando le due tangenti tracciate in corrispondenza dei cambi di pendenza. Chiaramente questo parametro dipende dalla pendenza delle tangenti e quindi dalla velocità di raffreddamento.