Concetti Chiave
- I solidi possono presentare vari tipi di difetti, tra cui difetti di punto, di linea, di superficie e di volume, a causa di fattori chimici o fisici.
- Le vacanze e le impurezze nei solidi causano distorsioni nel reticolo, con le impurezze interstiziali che occupano spazi vuoti e le sostituzionali che sostituiscono atomi ospitanti.
- Le impurezze sostituzionali nei metalli devono rispettare regole specifiche riguardanti i raggi atomici, l'elettronegatività e la struttura cristallina per non alterare le proprietà del metallo.
- La vicarianza è il fenomeno di impurezze sostituzionali nei solidi ionici, mentre il drogaggio implica l'introduzione intenzionale di cationi estranei nel reticolo ionico.
- I difetti di linea, come le dislocazioni a spigolo, aumentano l'energia interna del sistema, mentre i bordi di grano nei metalli favoriscono la corrosione e riducono la conducibilità.
Indice
Tipi di difetti nei solidi
Un solido, per cause chimiche o fisiche, può allontanarsi dalla sua idealità e presentare dei difetti, i quali possono essere: di punto, ovvero riguardano singole posizioni reticolari; di linea ovvero riferiti a filari; di superficie, ovvero riguardando delle superfici che si corrugano; di volume, ovvero che riguardano il solido nella sua interezza. Un'altra importante divisione riguarda gli effetti per cause fisiche oppure chimiche.
Vacanze e impurezze nei solidi
Le vacanze sono dei siti atomici vacanti oppure delle impurezze auto interstiziali, in cui atomi si posizionano in siti normalmente vuoti, causando distorsioni del reticolo. Nei solidi ionici non sono molto comuni perché la rimozione di uno ione è impedita dalla presenza di cariche di segno opposto, ma può capitare quando uno ione è presente in due diversi stati di ossidazione.
I principali difetti puntiformi per cause chimiche sono delle impurezze sostituzionali, quando gli atomi ospitanti vengono sostituiti, e interstiziali, ovvero quando le impurezze riempiono gli interstizi tra atomi ospitanti.
Impurezze nei metalli e leghe
Quando in un metallo c'è una impurezza sostituzionale, devono essere rispettate le seguenti regole: raggi atomici e valori di elettronegatività simili, stesse valenza e struttura cristallina. Quando il soluto è immerso nel solido a tal punto da modificarne le proprietà, si ottengono le leghe metalliche sostituzionali. Le impurezze interstiziali invece seguono una regola empirica secondo cui il rapporto tra i raggi della particella ospitata e ospitante non deve superare 0,6, per non causare distorsioni. Se il soluto modifica le proprietà del solido in cui è immerso si parla di leghe metalliche interstiziali.
Il fenomeno di impurezze sostituzionali nei solidi ionici è detto vicarianza, e rispetta le stesse condizioni che avvengono nei metalli. Il drogaggio è l'operazione con la quale si introduce intenzionalmente uno o più cationi estranei nel reticolo Ionico. Si parla in questo caso di soluzioni solide e sostituzionali.
Difetti di linea e superficie
I difetti di linea sono dei difetti che riguardano un filare. Nelle dislocazioni a spigolo accade che uno strato supplementare di particelle si inserisce tra due strati, aumentando l'energia interna del sistema e causando una comprensione dove è presente il semipiano e una trazione nelle zone limitrofe.
Il bordo di grano è un difetto di superficie che riguarda soprattutto i metalli, i quali sono degli aggregati di cristalli elementari detti grani, separati da un bordo. La corrosione è particolarmente facilitata in queste zone dove diminuiscono la conducibilità termica ed elettrica. I metalli sono duttili e si deformano drasticamente a causa dello scorrimento delle dislocazioni all'interno del reticolo.
Domande da interrogazione
- Quali sono i principali tipi di difetti nei solidi?
- Cosa sono le vacanze e le impurezze nei solidi?
- Quali regole devono essere rispettate per le impurezze sostituzionali nei metalli?
- Che cosa sono i difetti di linea e come influenzano i metalli?
I difetti nei solidi possono essere classificati in difetti di punto, di linea, di superficie e di volume, a seconda della loro natura e della loro estensione, come descritto nel testo.
Le vacanze sono siti atomici vacanti o impurezze auto interstiziali che causano distorsioni nel reticolo, mentre le impurezze sostituzionali e interstiziali influenzano le proprietà dei solidi, come spiegato nel testo.
Le impurezze sostituzionali devono rispettare regole riguardanti raggi atomici simili, valori di elettronegatività simili, stessa valenza e struttura cristallina, come indicato nel testo.
I difetti di linea, come le dislocazioni a spigolo, aumentano l'energia interna del sistema e causano deformazioni nei metalli, facilitando la corrosione e influenzando la loro duttilità, come descritto nel testo.
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