11.19: Solidi covalenti a reticolo

I solidi covalenti di rete contengono una rete tridimensionale di atomi legati covalentemente come si trovano nelle strutture cristalline di non metalli come diamante, grafite, silicio e alcuni composti covalenti, come il biossido di silicio (sabbia) e il carburo di silicio (carborundum, l’abrasivo su carta vetrata). Molti minerali hanno reti di legami covalenti.

Per rompere o fondere una rete covalente solida, i legami covalenti devono essere spezzati. Poiché i legami covalenti sono relativamente forti, i solidi di rete covalenti sono tipicamente caratterizzati da durezza, resistenza e alti punti di fusione. Ad esempio, il diamante è una delle sostanze più difficili conosciute e si scioglie sopra i 3500 °C.

Diamante contro grafite

Il carbonio è un elemento essenziale; diamante e grafite sono i due allotropi più comuni del carbonio. Gli allotropi sono diverse forme strutturali dello stesso elemento. Il diamante è una delle sostanze più conosciute, mentre la grafite è abbastanza morbida da essere utilizzata come piombo a matita. Queste proprietà molto diverse derivano dalle diverse disposizioni degli atomi di carbonio nei diversi allotropi.

Il diamante è estremamente duro a causa del forte legame tra gli atomi di carbonio in tutte le direzioni. La grafite è composta da fogli planari di cristalli covalenti che sono tenuti insieme in strati da forze non covalenti. A differenza dei tipici solidi covalenti, la grafite è molto morbida ed elettricamente conduttiva. La grafite (in piombo a matita) si strofina sulla carta a causa delle deboli attrazioni tra gli strati di carbonio.

Grafene: Materiale del futuro

Una forma di carbonio scoperta di recente è il grafene. Il grafene è stato isolato per la prima volta nel 2004 usando il nastro adesivo per rimuovere strati più sottili e sottili dalla grafite. È essenzialmente un singolo foglio (uno spessore atomico) di grafite. Il grafene non è solo forte e leggero, ma è anche un eccellente conduttore di elettricità e calore. Queste proprietà possono rivelarsi molto utili in una vasta gamma di applicazioni, come chip e circuiti per computer notevolmente migliorati, batterie e celle solari migliori e materiali strutturali più forti e leggeri. Il Premio Nobel per la fisica 2010 è stato assegnato ad Andre Geim e Konstantin Novoselov per il loro lavoro pionieristico con il grafene.

Questo testo è stato adattato da Openstax, Chimica 2e, Sezione: 10.5 Lo stato solido della materia.