Concetti Chiave
- Le particelle nello stato solido si organizzano in strutture tridimensionali ordinate, occupando posizioni di equilibrio con energia cinetica nulla.
- I solidi cristallini mostrano un'ordinata distribuzione delle particelle e un punto di fusione netto, mentre i solidi amorfi presentano ordine solo a breve raggio senza un punto di fusione definito.
- Un cristallo è costituito dalla ripetizione tridimensionale di celle elementari, che sono parallelepipedi che definiscono la geometria del cristallo stesso.
- La cella elementare possiede simmetria e determina le proprietà del cristallo; l'insieme delle celle forma il reticolo cristallino.
- Esistono sette tipi diversi di parallelepipedi che possono costituire le celle elementari nei cristalli.
Struttura e legami nello stato solido
Nello stato solido le particelle si distribuiscono in strutture tridimensionali altamente ordinate tali da riempire lo spazio. Le particelle sono tra loro rigidamente legate in posizioni definite (dette posizioni di equilibrio). L’energia cinetica è nulla, e vi sono solamente piccole vibrazioni attorno alle posizioni di equilibrio. Ogni struttura cristallina corrisponde a un minimo dell’energia potenziale.
Quali sono le tipologie di solidi e le loro caratteristiche?
Non tutte le sostanze cristallizzano nello stesso modo, esistono diverse tipologie di solidi:
- Solidi cristallini, se la materia è ordinata, distribuita nello spazio in modo regolare, ripetitivo e sequenziale (unità ripetute nello spazio). Un solido cristallino è il ghiaccio. Questo porta a proprietà specifiche, come:
o Ordine a breve e lungo raggio;
o Punto di fusione netto;
- Solidi amorfi, i quali mostrano ordine solamente a breve raggio e non possiedono un punto di fusione netto. Possono essere considerati come liquidi a viscosità infinita. Un solido amorfo è il vetro, SiO2. Il punto di fusione non è netto.
Cella elementare e reticolo cristallino
Un cristallo è generato dalla ripetizione tridimensionale regolare di un’unità fondamentale detta cella elementare. La cella elementare è quindi l’unità costitutiva del cristallo, ed è un parallelepipedo che si ripete lungo gli assi cartesiani x, y, z. la geometria della cella elementare è definita dal valore dei tre lati (a, b, c) e dei tre angoli che essi formano (α, β, γ). Ogni vertice della cella è detta nodo, e possiede lo stesso intorno. Sono possibili sette diversi tipi di parallelepipedo.
La cella elementare possiede le proprietà di simmetria che si ritrovano anche nel cristallo, e l’insieme dei nodi delle celle elementari nel cristallo definisce il reticolo cristallino.
Domande da interrogazione
- Qual è la differenza principale tra solidi cristallini e solidi amorfi?
- Che cos'è una cella elementare e quale ruolo svolge in un cristallo?
- Come si comportano le particelle nello stato solido?
I solidi cristallini presentano un'ordinata distribuzione delle particelle nello spazio, con un punto di fusione netto, mentre i solidi amorfi mostrano ordine solo a breve raggio e non hanno un punto di fusione definito, come evidenziato nel testo.
La cella elementare è l'unità costitutiva di un cristallo, rappresentando un parallelepipedo che si ripete regolarmente nello spazio. Essa definisce la geometria del cristallo e le sue proprietà di simmetria, come descritto nel testo.
Nello stato solido, le particelle sono rigidamente legate in posizioni definite e presentano solo piccole vibrazioni attorno a queste posizioni, con energia cinetica nulla, come indicato nel testo.
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