Metalli, vetri, ceramici, cementi

Strutture covalenti e ioniche

1) Nei cristalli covalenti, le strutture sono determinate dalla forte direzionalità del legame e dalla valenza. La direzionalità del legame covalente impedisce la formazione di strutture molto compatte, come quelle dei solidi ionici o metalli. Le strutture covalenti sono quindi meno dense delle strutture ioniche. La struttura è determinata dalla geometria degli orbitali e dalla dimensione degli atomi. Ad esempio, il diamante (CFC) è composto da atomi di carbonio che si legano a quattro altri atomi di carbonio e al carburo di silicio, con carbonio in posizione reticolare e tetraedrica.

2) I solidi ionici sono caratterizzati dalla presenza di due o più elementi diversi, alcuni dei quali hanno perso degli elettroni e sono perciò caricati positivamente (cationi), mentre altri ne hanno acquistati caricandosi negativamente (anioni). Questi solidi hanno una struttura stabile perché l'energia è minimizzata. L'ordinata dei cationi e degli anioni dipende da diversi fattori:

dimensione degli ioni:la questi tendono ad assumere con gurazioni che riducano al massimo l'energia delsistema; la tendenza degli ioni a disporsi nel modo più compatto possibile trova un limite nella dimensionerelativa del catione e dell'anione. I motivi isterici pertanto fanno sì che esista un valore minimo del rapporto tra iraggi del catione dell'anione Erreci stanghetta R.A., detto rapporto critico, che permette l'accomodamento di uncerto numero di anioni intorno ad un catione (detto numero di coordinazione), in contatto reciproco.

Elettroneutralità: rapporto tra anioni e cationi; la disposizione relativa tra anioni e cationi richiede che siaglobalmente soddisfatta questa condizione comporta che ogni catione sia circondato da anioni e viceversa.alivello macroscopico ciò comporta il rispetto del rapporto stechiometrico.a livello locale la neutralità elettrica siottiene quando il rapporto tra la valenza del catione è

Il numero di coordinazione del catione è uguale al numero di coordinazione dell'anione. Ad esempio, nel SALE DI ROCCA, se il rapporto Erreci-R.A. è uguale a 0,7, il numero di coordinazione deve essere uguale a sei. Quindi, se l'ione CL si circonda di 6Na e viceversa (due CFC compenetrate, anioni in ricolare, cationi in ottaedrica).

Il grado di valenza dei legami: più il legame covalente è direzionale, più è vincolato. Raramente i legami possono essere definiti ionici puri, solitamente sono di carattere covalente che tende ad aumentare. Maggiore è il grado di valenza, maggiore è la direzionalità del legame che impone vincoli forti allo sviluppo della struttura. Quindi, più è covalente, meno compatto.

La forza di repulsione tra cationi di cariche elevate: i poliedri a basso numero di coordinazione tendono a legarsi preferenzialmente attraverso i vertici piuttosto che mediante gli spigoli o le facce, come la silice, sì al centro del tetraedro.

Perché si condividono facce spigoli gli si sono troppo vicini.

• Posizioni interstiziali: sono le posizioni corrispondenti agli spazi esistenti tra gli atomi di una data struttura cristallina; le più comuni sono quelle ottaedrica (costituita dallo spazio vuoto esistente tra sei atomi posti verticalmente di un ottaedro) e tetraedrica (al centro di quattro atomi posti verticalmente di un tetraedro).

MATERIE PRIME NATURALI, I MINERALI ARGILLOSI: L'argilla è la merce è fatta di minerali argillosi e varie impurezze; i minerali argillosi sono il costituente principale dell'argilla e sono costituiti da particelle di alluminosilicato idrati che contengono acqua chimicamente legata e si trovano in grande abbondanza sulla crosta terrestre. La caratteristica principale è la plasticità e idro plasticità derivanti dalla loro struttura cristallina.

Struttura: è conveniente descriverla partendo dalle diverse disposizioni del tetraedro di silice.

dall'ottaedro SILICATI: dell'ossido di alluminio idrato. ogni atomo di silice legato a quattro atomi di ossigeno posizionati ai ossigeni pontanti non.vertici di un tetraedro, unità strutturale. Gli possono essere sia che Posso anche avere situazioni dove il rapporto non è 1:2. Esempi:

• MULLITE: con rapporto o/si=4, sono ortosilicati e i tetraedri sono isolati tra loro.
• Struttura a strati o pacchetti: O/Si=2.5, si ottengono quando i tetraedri legati tra loro attraverso tre vertici sullo stesso piano sviluppando strutture planari. Si formano degli strati costituiti da tre piani di atomi diversi a coordinamento tetraedrica (ARGILLE, Fillosilicati: caolinite)

ARGILLE: le argille sono silicati idrati di alluminio con struttura a strati e planare generalmente granulare. La presenza di un elettrone disponibile su ogni tetraedro permette a questi strati atomici di formare legami con altri strati atomici, dando luogo a strati atomici formati da un numero più

Alto di piani atomici diversi. Le distanze tra gli ioni alluminio sono circa uguali alle distanze tra gli ioni silicio e ciò consente alle due strutture di sovrapporsi legandosi attraverso ossigeni pontanti. Più strati atomici elettricamente neutri tenuti insieme da legami deboli danno luogo a pacchetti. Gli atomi di silicio possono localmente essere sostituiti da atomi di alluminio e gli atomi di alluminio possono essere sostituiti da atomi di magnesio nei siti ottaedrici.

Caolinite: È un losilicato costituito da uno strato di silice e uno strato di allumina idrata con rapporto 1:1. È una struttura mazzo di carte. I foglietti, o strati atomici, costituiti da strati di ottaedri e tetraedro elettricamente carichi, si legano tra loro con legami secondari formando delle strutture un mazzo di carte neutre. E l'argilla più semplice è il più comune.

Parliamo di silice cristallina e non silice amorfa come quella del vetro;

La silice esiste in diverse forme cristalline: quarzo, tridimite, cristobalite (più denso). Le ultime due sono molto simili, cambia solo la disposizione dei tetraedri di SiO4. Tutte e tre sono formate da tetraedri di SiO4 uniti in modo che ogni ossigeno in comune tra due tetraedri sia condiviso. Tuttavia, la disposizione dei tetraedri collegati tra loro è molto diversa.

La plasticità dell'argilla è dovuta alla formazione di cariche residue positive e negative sulla sua superficie. L'acqua tende ad andare sulla superficie per neutralizzare queste cariche. Le molecole d'acqua vengono fisicamente e chimicamente assorbite sulla superficie delle particelle di argilla. La plasticità è la capacità di dare una piccola quantità d'acqua al suolo, interagendo con l'acqua per ottenere una massa plastica facilmente lavorabile. Se ho una quantità di acqua, le molecole di acqua si contendono quelle di argilla, creando un effetto legante. Se ho un'eccessiva quantità di acqua, la plasticità diminuisce.

diminuisce il modulo elastico sforzo è una sospensione dell'argilla in acqua. e loAumenta deformabilità per il quale inizia la deformazione plastica. invece la plastica cioè la deformazione prima della comparsa di crepe. Ho una deformazione senza rottura (formatura) e un ritiro durante l'essiccamento che avviene non appena l'acqua assorbita viene rimossa.

PROCESSI DI FABBRICAZIONE: formatura a secco, in pasta, accumulo (aumenta la quantità di acqua).

PRESSATURA.

1. A secco: Consiste nel comprimere il materiale in uno stampo e viene fatta a secco la pressione avviene solo lungo un'unica direzione infatti si dice uniassiale.
2. Estrusione.

2) In pasta: A livello industriale l'operazione viene eseguita in estrusione sottovuoto nel quale il materiale ceramico viene miscelato con acqua o altri leganti, poi passa in una camera di deareazione mantenuto a pressione ridotta per eliminare le bolle d'aria; in ne il mandrino impartisce la forma.

desiderata.INIEZIONE: devo avere la giusta viscosità e un comportamento pseudoplastico; l'apparecchiatura simile a un estruso ore e comprime il materiale riducendo al minimo la porosità del fluido. Eliminando tutti i vuoti riduce la dimensione, infatti aumenta la densità. COLATA: 3) inserisco il fluido e non stampo in gesso poroso; l'acqua succhiata per capillarità dei pori dello stampo in gesso e si forma uno strato solido esterno. È un processo con cui io tengo oggetti i cavi. ESSICCAZIONE: 4) se c'è dell'acqua o problemi legati all'evaporazione. La superficie esterna è completamente bagnata, raggiunta la temperatura di equilibrio grazie al processo di evaporazione, la velocità di essicazione si stabilizza rimane costante, quindi il liquido evaporato viene continuamente rimpiazzato da altro liquido che proviene dall'interno del pezzo e si muove tra le particelle per flusso capillare e giunge in superficie il.

liquidò di onde dall'alto dal basso verso l'alto e si muove attraverso i pori poi una volta arrivati in superficie evapora. La velocità di apporto di liquido alla superficie diviene inferiore alla velocità di evaporazione, la superficie esterna non è più completamente bagnata. Le popolazioni avviene dai menischi che si formano per il rientro del liquido nei pori a orati in superficie, si generano delle pressioni capillari. Devo abbassare la velocità di evaporazione quindi faccia venire il processo in ambiente umido limitando così l'evaporazione ma rendendo meno viscoso il liquido da eliminare.

5) COTTURA: sviluppa la microstruttura finale del materiale, ottenendo le caratteristiche meccaniche volute; scaldare sotto Tm brevi aumentare resistenza quindi devo nei tempi più possibili. Serve anche ad avere una meccanica stabile del prodotto e rendere il prodotto chimicamente.

• SINTERIZZAZIONE: processo che mi permette di

ottenere la densità più vicina possibile a quella ideale, compattando le polveri; le particelle si trasformano in un solido monolitico attraverso meccanismi di fusione, evaporazione-condensazione, flusso viscoso. Questo processo consiste in un trasporto di materia la cui forza motrice è la diminuzione dell'energia associata alla superficie (quindi il motivo che spinge le molecole di avvicinarsi è la forza motrice): per avere questo processo devo quindi avere una diminuzione della superficie totale oppure la sostituzione dell'interfaccia solido-gas energetica con quella meno energetica solido-solido. • CATEGORIE DI SINTERIZZAZIONE: praticamente voglio che i centri delle polveri si avvicinino senza arrivare a temperatura di fusione. 1) S. In fase solida: il processo è più semplice, avviene in assenza di fase liquida: la densificazione avviene solo per variazione di forma e dimensione delle particelle, che solitamente non sono monocristalli e cheLa forza motrice del processo è la riduzioneunendosi non sono più sfere ma hanno bordi di grano.dell'energia associata con l'