Analisi dei difetti nei solidi: cause, tipi e impatti strutturali

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.