Solidi e liquidi prof Branda

I solidi

I solidi vengono classificati in:

• Solidi cristallini: sono formati da cristalli, possiedono reticolo ordinato. Presentano una superficie, facce piene orientate secondo piani di reticolo a orientazione varia. Si possono trovare sotto forma di cristalli molto grandi e costosi; con essi i veri atibiti dociadono l'udïo.
• Solidi amorfi: sono formati da particelle disposte caoticamente che non permettono di formare arioni base e oltratorumo ben definiti. A una temperatura di fusione essi vengono amou nasa tenumente una stessa nilis, come il vaso l'estiumanat dallo stesso e quello liquido. Dal lido dumato consistendo che ffirrefedieduto, fin il sembraer pier la ruscisaste' (solido amorfo in parteucletti; si sono cosuriminto i solidi cunacit rekti venenguecondev which amicht liquida dolotrefelrededdi).

Isotropia e anisotropia

Un'importante contralatercia dei solidi dumafito' è quella di essere "isotropi", cioè che tutte le proprietà fisiche presentano gli stessi valori e pericntadar della direzione lungo la quale vengono misurati, perché le particelle sono disposte in modo recatro.

Il contrario accade nei solidi cristallini, che sono anisotropici: c'è dunque una proprietà fisica che presenta valori diversi a seconda della direzione in cui viene misurata.

Ad esempio vediamo questo cristallo ionico: come vediamo ha una struttura ordinata. Applicando una forza di taglio lungo la direzione, si vede che il solido si spacca perché vengono a contatto reticoli di carica.

Se applichiamo una forza di taglio trasversale lungo la direzione, il solido si spacca perché a contatto ci sono sempre una cona esterasì corica.

Raggiunta una data temperatura, di soglia, fondono mantenendo la temperatura costante durante il mescolamento.

A livello macrocosmico i solidi vengono classificati in base ai legami che sussistono tra le loro particelle:

• Molecolari
• Ionici
• Covalenti
• Metallici

I solidi

I solidi vengono classificati in:

• Solidi cristallini: sono formati da cristalli, possiedono struttura omogenea. Presentano una superficie. Ogni piano presenta te secondo angoli definiti caratteristiche interne; possono trovarsi sotto forma di cristalli molto grandi. Possono esserlo a temperatura di occhio a uno.
• Solidi amorfi: sono formati da particelle disposte caoticamente che non permettono di formare arioni che siano ben definite. A una temperatura di fusione essi passano in uno yas nuova fonument e man. Li sono ho quc l'apido dallo uso hno da quevis ilquis liquido do numeto, considerando che raffreddato finnu' se anne per su rensoss consodi amor perdurante il suo scarviromento. Con il raffreddamento vengono che in amatis liquidi sostissortifun.

Isotropia e anisotropia

Un'importante caratteristica dei solidi di una fu' è quella di essere isotropi, cioè che tutte le proprietà fisiche presentano gli stessi valori a prescindere dalla direzione lungo la quale vengono misurati, perché le particelle sono disposte in modo casuale.

Il contrario accade nei solidi orientati ilari, che sono anisotropici, cioè: c'è una to menduo nad proprietà fisica che prende, a deformarsi, diversi valori a seconda della direzione nella quale viene misurata.

Ad esempio vediamo questo cristallo ionico, come vediamo ha una struttura ordinata.

Applicando una forza di taglio lungo la direzione, vede che il solido si spacca perché rompono e vengono a contatto cationi da anioni opposti.

Se applico una forza di taglio trasversale lungo la direzione, il solido non si spacca, perché a contatto ci sono sempre ioni con medesima carica.

Raggiunta una data temperatura, di soglia, fondono sostenendo la temperatura costante durante il passaggio di stato.

A livello macrocosmico i solidi vengono classificati in base ai legami che sussistono tra le loro particelle e si dividono in:

• Molecolari
• Ionici
• Covalenti
• Metallici

1) Solidi molecolari

I solidi molecolari sono insiemi di molecole distinte tra le quali agiscono diversi tipi di forze intermolecolari.

Le interazioni dipolo-dipolo nelle molecole polari. Esse si dispongono allineate per l'attrazione delle cariche parziali dei loro poli opposti.

Le forze di London tra molecole apolari. A causa del movimento caotico degli elettroni queste ultime possono addensarsi istante per istante rendendo la cusp. dei dipoli istantanei. Il momento dipolare istantaneo genera una polarizzazione anche in una molecola contigua. Tra le due molecole successive si esercita un'attrazione netta che viene detta interazione di London.

Essa è spesso distrascurante tra le molecole. Questi due tipi di forze vengono anche dette forze di Van der Waals. La loro intensità diminuisce rapidamente con l'aumentare della distanza e aumenta con la polarizzabilità delle molecole in questione.

In particolare, in alcune molecole molto elettronegative si possono creare delle forze molto forti. Legami a ponte di idrogeno si creano tra un atomo di idrogeno e atomi fortemente elettronegativi dotati di coppie solitarie di elettroni. Un esempio è la molecola di acqua.

Gli atomi di idrogeno che legano alle molecole d'acqua si posizionano ai vertici della piramide. L'atomo di idrogeno rimane quasi privo del suo elettrone, presa alla sua carica parziale positiva risulta attratto da una coppia solitaria dell'ossigeno di un'altra molecola di H₂O vicina, generando il legame a idrogeno.

Questa è la più intensa forza attrattiva intermolecolare. L'acido gluconico fonde alle particelle elettrine che si era dotte e promettere siyperde, comportando una perdita di volume nel liquido.

2) Solidi ionici

I solidi ionici sono formati da atomi che hanno una forte differenza di elettronegatività e quindi le forze di coesione sono forze elektrische date sposi una carica spompata, legami ionici. Sono solubili in solventi polari e in soluzione sono dei buoni conduttori.

3) Solidi covalenti

Nei solidi covalenti gli atomi si legano tra loro attraverso forti legami covalenti formando una rete tridimensionale estesa, stabile e solida. Prendiamo in considerazione il carbonio: in base al numero di collegamenti dei suoi atomi, si ottengono solidi con caratteristiche assai diverse tra loro.

Nella struttura del diamante in figura a destra, il carbonio ha valenza 4 e forma una struttura tetraedrica molto resistente. <C = 15° 25° 2’₆

Un'altra struttura del carbonio è la grafite. Il carbonio in questa struttura ha valenza 3 e forma più di angoli di 120°. Si forma una struttura planare di esagoni sovrapposti. Le molecole ortogonali si sovrapposizionano, spingono i 280° con il piano orizzontale a legami delle calotte estesi, i tutori vincono.

Considerando adesso ogni lume inclusi i vari più di itunes con letti tra loro attraverso le forze di Van der Waals, per questo sono molto stabili e duce ci feroze un solo arico sono addirittura più tenause di quelle del diamante. La grafite con due elettrici fuggi vetuale.

Il cristallo, per fili di chiwamo graphene, è diagonotropo mentre la grafite è isotropa. Sono atetra creati nuovi tubi di carbonio fatti da fogli di carbonio avvolti: successgesi si formano in tubo e sono molto retenti.

4) Solidi metallici

Un metallo è formato da un aggregato di atomi; i metalli non facendo legami, conceiditi tra di loro, non hanno il vincolo della valenza giudati ogni atomo circondato di mediatria atomi e impulsoie.

Il numero di atomi con cui interagisco in messaggetta porta e sopra la forza del legame, si abbassa l’energia potenziale del sistema.

Il numero di interazioni che un atomo Fe consolidan viene ritenuto clinomato numero di coordinazione nel percentile ed è il numero di atomi che ne circonda 1.

Strutture cristalline

La struttura cristallina si rappresenta attraverso la cella elementare, che è una piccola parte del reticolo cristallino.

Una cella elementare è la più piccola parte in cui possiamo dividere il cristallo, che si ottiene accostando tra di loro tante celle elementari.

Cella cubica a corpo centrato

Abbiamo 8 atomi ai vertici del cubo e un atomo al centro di esso.

Cella prismatica a base esagonale compatta

Gli atomi si trovano ai vertici degli esagoni e al centro degli stessi.

In più troviamo altri tre atomi ai vertici di un triangolo al centro del prisma.

Cella cubica a facce centrate

Abbiamo un atomo a ogni vertice e al centro di ogni faccia.

Andiamo ora a vedere cosa succede quando si forma una struttura cristallina, considerando gli atomi come delle sfere.

Partiamo dal primo piano che può essere di 2 tipi:

Si vede facilmente che nella 2^a struttura sfrutta meglio gli spazi.

Adesso prendiamo la 1^a struttura e sovrapponiamo un secondo piano sfalsato rispetto al primo, come in figura, con gli atomi sopra le depressioni del piano.

Ora se al due sovrapponiamo un terzo piano sfalsato rispetto al secondo, abbiamo in una struttura cristallina delle cubiche c.c.c.

Si vede anche che questo piano è circondato da altri 8 atomi, quindi il numero di coordinazione di questa struttura è 8.

Prendiamo ora la 2^a struttura e sovrapponiamoci un piano sfalsato con gli atomi che si dispongano sopra le depressioni, spazi vuoti.

Adesso abbiamo 2 possibilità:

Sovrapponiamo ai due piani un 3^o piano sfalsato il secondo e quello del primo ottenendo una struttura del tipo AB_A AB_A (ccc). Facendo conti vediamo facilmente che abbiamo 8 atomi alla base e 6 depressioni, ma essendo piccole non possono mettere 6 atomi bene, altri 3; per poi considerare con altri 6 atomi: 5 stanno nel lato delle celle esagonali compatte e ogni atomo è circondato da altri 12 atomi, quindi il numero di coordinazione è 12.

Sovrapponiamo ai due piani un terzo piano sfalsato rispetto al primo e al secondo, come in figura. Otterremo una struttura del tipo ABC ABC.

Otteniamo una struttura del tipo in figura. Anche se non è immediato vederlo, siamo nel caso di celle cubiche a facce centrate. Per vedere meglio come le figure disegnate e quelle disegnate prima siano equivalenti, disegniamo le celle, vetione CFC.

Traccio la diagonale del cubo e dei piani perpendicolari alla diagonale. Vedi che gli atomi su queste linee si dispongono come nella figura precedente. Appurato che in una cella CFC vediamo che ogni atomo è circondato da altri 12. Quindi il numero di coordinazione è 12.

Struttura cristallina nei solidi ionici

Prendiamo il cloruro di sodio NaCl.

Na (o) (catione)

Cl (o) (anione)

Questa è una cella elementare di NaCl. Una cella elementare di questo tipo non è formata da cubi più piccoli perché ci deve essere un alternarsi tra cationi e anioni e usando cubi più piccoli non otterremo la stessa struttura.

Consideriamo per ipotesi che gli ioni siano a contatto tra di loro e il catione sia al centro. L'angolo al centro è di 360 ÷ 3° = 120°, allora il triangolo che si forma è un triangolo isoscele e rettangolo i cui cateti sono Rc e Re e l'ipotenusa = 2Re, dove Re è il raggio dell'anione e Rc è il raggio del catione.

Per il teorema di Pitagora (2Re)² = (Re + Re)² allora 2Re = √2(Re + Re), quindi Rc + Re = √2Re = 2(√2 - √2), quindi Rc/Re = 1,41 - 1 = 0,41.

Come abbiamo espresso verso nel caso di ioni: il contatto tra loro e con l'anione al centro, _rc/_ra = 0,414.

Ora se _rc/_ra < 0,414 gli ioni sono a contatto tra di loro ma non con il catione.

Se _rc/_ra > 0,414 gli ioni non sono a contatto tra di loro.

Se il rapporto _rc/_ra è piccolo diminuisco il numero di coordinazione perché c'è poco spazio per gli atomi; il contrario se il rapporto è grande.

Riportiamo ora una tabella che indica il NC, numero di coordinazione, in funzione del rapporto _rc/_ra.

I liquidi

A differenza dei gas, in cui le particelle sono lontane tra loro per cui la comprimibilità è elevata, nei liquidi e nei solidi la comprimibilità è molto bassa.

Gas Solido Solido (Cristallino) (Amorfo)

La distanza media tra le particelle di un solido è minore di quella dei liquidi; per questo motivo nei liquidi le particelle sono più sciolte e le particelle possono scorrere tra di loro in questo stesso modo. Le forze sono relativamente elevate e ne impediscono la dispersione.

Immaginiamo ora di avere un recipiente con del liquido e all'interno due superfici parallele a distanza Δz e fermiamole.

Voglio ora metterlo in movimento. Forze di superficie.

La forza sul lato scorre. Forse sul lato, l'altra sta a muoversi. Le forze legate si muovono anche. La seconda è ferma, sarà.

La velocità dipende dalla distanza dei due oggetti. Esprime la seguente relazione:

^F/_A = η ΔV/Δz

Dove A è la superficie della lastra, quindi ^F/_A è la forza per unità di superficie, η è il coefficiente di viscosità dipendente dal liquido, ΔV è la differenza di velocità tra le due lastre e ΔZ è la loro distanza.

Per muovere la seconda lastra abbiamo applicato una forza sulla prima. Le particelle nel liquido sono della forza di attrito.

C'è viscosità: dipende da:

• Della natura delle particelle e dei legami che esse formano.
• Della forma delle particelle.
• Della temperatura, perché all'aumentare della temperatura aumenta il volume e diminuisce.

Prendiamo ad esempio i seguenti idrocarburi:

Entrambi hanno formula chimica C₁₂H₂₆ ma hanno diversa viscosità; la viscosità dell'A è maggiore perché è maggiore il numero di interazioni tra particella e particella.

Tensione superficiale

I liquidi godono di un'importante proprietà: la tensione superficiale, o energia superficiale. Vediamola seguendo esperimenti.

Consideriamo un telaio con una parte fissa e una parte mobile, supponiamo che la forza d'attrito tra lato mobile e telaio sia trascurabile.

Supponiamo che all'interno del telaio sia trattenuta una lamina di liquido.

Applico ora una forza F sul lato mobile che subisce uno spostamento Δx.

Supponiamo che il lavoro sia L = F • Δs. È dimostrato che il lavoro è proporzionale all'aumento di superficie e vale L = 2 • Δx, dove l è la lunghezza del lato mobile.

C'è però una forza che si oppone alla forza che esercitiamo, allora il nostro lavoro sarà: L = F • Δx = γ l 2 l Δx, allora γ = F Δx / 2 l Δx e lo chiamiamo tensione, o energia, superficiale.

Stiamo quindi dicendo che l'esistenza della superficie di un liquido comporta la presenza di un'energia di superficie.

γ è quindi il rapporto tra l'energia immagazzinata sulla superficie ΔS, quella aggiunta, e il doppio della superficie stessa.

Vediamo ora perché compiamo un lavoro in questo prodotto.

Prendiamo un recipiente con un liquido.

Una particella che si trova immersa nel liquido esercita forze di coesione con ogni altra particella vicina e quindi la forza risultante è 0.

Non possiamo dire la stessa cosa sulla particella di superficie perché la risultante esterna è diretta verso l'interno del liquido, allora per aumentare la superficie ho bisogno di un lavoro per portarla dall'interno alla superficie.