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Strutture dei solidi

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I solidi sono classificati come amorfi o cristallini sulla base della loro struttura interna tridimensionale. I solidi amorfi, come il vetro di silice fuso, mancano di una disposizione interna ordinata delle loro particelle costituenti, mentre i solidi cristallini, come il quarzo, presentano le particelle costituenti disposte in uno schema tridimensionale ripetitivo in tutto il solido. La struttura di un solido cristallino è rappresentata da una cella unitaria, che è la più piccola unità ripetitiva della struttura cristallina che conserva la simmetria della struttura stessa.

Il modello tridimensionale complessivo è detto reticolo cristallino, il quale è composto da punti reticolari e vettori reticolari. I vettori del reticolo delineano i bordi della cella unitaria, e i punti del reticolo possono trovarsi agli angoli, sulle facce, o al centro della cella unitaria. I sistemi reticolari sono definiti dalle dimensioni della cella unitaria.

Esistono 7 tipi di sistemi reticolari:cubico, tetragonale, ortorombico, romboedrico, monoclino, triclino ed esagonale. Le posizioni degli atomi in una cella unitaria non sono necessariamente le stesse di quelle dei punti del reticolo. Il modello degli atomi nella cella unitaria, o motivo, è spesso definito in termini di posizioni degli atomi rispetto ad un dato punto del reticolo.

Il numero di atomi in una cella unitaria riflette l'efficienza di aggregazione del solido, o la quantità del suo volume occupato dagli atomi, piuttosto che lo spazio fra di loro. Un numero maggiore di atomi nella cella unitaria corrisponde generalmente ad un'aggregazione più efficiente. Atomi assegnati ad una cella unitaria potrebbero non essere contenuti interamente all'interno della cella.

Un modo per contare questi atomi parziali è considerare ogni atomo su un angolo come un ottavo di un atomo e ogni atomo su una faccia come metà di un atomo. In alternativa, se una cella unitaria ha un atomo su ogni angolo, uno viene assegnato alla cella unitaria e gli altri sette sono ignorati. Se una cella unitaria ha un atomo su ciascuna delle due facce, uno viene assegnato alla cella unitaria, e l'altro viene ignorato.

Overview

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$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

I solidi in cui gli atomi, gli ioni o le molecole sono disposti secondo uno schema ripetuto definito sono noti come solidi cristallini. I metalli e i composti ionici formano tipicamente solidi cristallini ordinati. Un solido cristallino ha una temperatura di fusione precisa perché ogni atomo o molecola dello stesso tipo è tenuto in posizione dalle stesse forze o energia. Solidi amorfi o solidi non cristallini (o, talvolta, vetri) privi di struttura interna ordinata e disposti in modo casuale. Le sostanze costituite da grandi molecole, o da una miscela di molecole i cui movimenti sono più limitati, spesso formano solidi amorfi. Il materiale amorfo subisce un graduale rammollimento, in un intervallo di temperature, a causa della non equivalenza strutturale delle molecole. Quando un materiale amorfo viene riscaldato, le attrazioni intermolecolari più deboli si rompono per prime. Quando la temperatura aumenta ulteriormente, le attrazioni più forti vengono interrotte.

Cella unitaria

La struttura di un solido cristallino è meglio descritta dalla sua unità ripetitiva più semplice, denominata cella unitaria. La cella unitaria è costituita da punti reticolari che rappresentano le posizioni degli atomi o degli ioni. L'intera struttura è quindi costituita da questa cella unitaria che si ripete in tre dimensioni, come illustrato nella Figura 1.

Figura 1. Cella unitaria e reticolo cristallino con punti del reticolo indicati in rosso.

In generale, una cella unitaria è definita dalle lunghezze di tre assi (a, b e c) e dagli angoli (α, β e γ) tra di essi, come mostrato nella Figura 2. Gli assi sono definiti come le lunghezze tra punti nel reticolo spaziale.

Figura 2. La cella unitaria è definita dai suoi assi (a, b e c) e dagli angoli (α, β e γ)

Esistono sette diversi sistemi reticolari, alcuni dei quali hanno più di un tipo di reticolo, per un totale di quattordici diverse celle unitarie.

Systems	Angles	Axes
Cubic	α = β = γ = 90°	a = b = c
Tetragonal	α = β = γ = 90°	a = b ≠ c
Orthorhombic	α= β = γ = 90°	a ≠ b ≠ c
Monoclinic	α = γ = 90°; β ≠ 90°	a ≠ b ≠ c
Triclinic	α ≠ β ≠ γ ≠ 90°	a ≠ b ≠ c

Questo testo è adattato da Openstax, Chemistry 2e, Section 10.6: Lattice Structures in Crystalline Solids.

Transcript

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$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

I solidi sono classificati come amorfi o cristallini sulla base della loro struttura interna tridimensionale. I solidi amorfi, come il vetro di silice fuso, mancano di una disposizione interna ordinata delle loro particelle costituenti, mentre i solidi cristallini, come il quarzo, presentano le particelle costituenti disposte in uno schema tridimensionale ripetitivo in tutto il solido. La struttura di un solido cristallino è rappresentata da una cella unitaria, che è la più piccola unità ripetitiva della struttura cristallina che conserva la simmetria della struttura stessa.

Il modello tridimensionale complessivo è detto reticolo cristallino, il quale è composto da punti reticolari e vettori reticolari. I vettori del reticolo delineano i bordi della cella unitaria, e i punti del reticolo possono trovarsi agli angoli, sulle facce, o al centro della cella unitaria. I sistemi reticolari sono definiti dalle dimensioni della cella unitaria.

Esistono 7 tipi di sistemi reticolari:cubico, tetragonale, ortorombico, romboedrico, monoclino, triclino ed esagonale. Le posizioni degli atomi in una cella unitaria non sono necessariamente le stesse di quelle dei punti del reticolo. Il modello degli atomi nella cella unitaria, o motivo, è spesso definito in termini di posizioni degli atomi rispetto ad un dato punto del reticolo.

Il numero di atomi in una cella unitaria riflette l'efficienza di aggregazione del solido, o la quantità del suo volume occupato dagli atomi, piuttosto che lo spazio fra di loro. Un numero maggiore di atomi nella cella unitaria corrisponde generalmente ad un'aggregazione più efficiente. Atomi assegnati ad una cella unitaria potrebbero non essere contenuti interamente all'interno della cella.

Un modo per contare questi atomi parziali è considerare ogni atomo su un angolo come un ottavo di un atomo e ogni atomo su una faccia come metà di un atomo. In alternativa, se una cella unitaria ha un atomo su ogni angolo, uno viene assegnato alla cella unitaria e gli altri sette sono ignorati. Se una cella unitaria ha un atomo su ciascuna delle due facce, uno viene assegnato alla cella unitaria, e l'altro viene ignorato.

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