Classificazione dei solidi

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Categoria:	Chimica
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LE PROPRIETÀ DEI SOLIDI E LA LORO CLASSIFICAZIONE IN BASE ALLE FORZE CHE LEGANO LE PARTICELLE

-Cosa sono i solidi
La materia può presentarsi in tre stati diversi: solido, liquido e aeriforme.
I solidi sono caratterizzati da una propria forma e volume e le loro particelle che li costituiscono sono legate insieme da forze molto intense.
-Le loro caratteristiche
• Le particelle, essendo legate da forze molto intense, non sono molto libere di spostarsi e di muoversi; infatti, esse compiono solo dei piccoli movimenti determinati proprio dai legami. Ciò implica che l’energia cinetica delle particelle è assai limitata rispetto allo stato aeriforme e allo stato liquido e in condizioni normali (t= 0°C e p=1 atm) un solido non può dividersi.
• Le particelle dei solidi sono soggette a delle forze di attrazione reciproca, ma anche a delle forze di repulsione. Da ciò le loro nuvole elettroniche non possono sovrapporsi. Da ciò si deduce che il volume dei solidi non può variare in nessun caso.
• I solidi si presentano come cristalli, hanno cioè una forma geometrica esterna propria. Anche la struttura interna è regolare perchè i solidi si rompono secondo certe direzioni e piani.
I “solidi amorfi” sono quei solidi che non hanno una struttura regolare e hanno un’altissima viscosità, e quindi impossibilitati a modificare la loro forma.
-Classificazione dei solidi in base alle forze che legano le particelle
I solidi in generale possono essere classificati e raggruppati in vario modo. Noi possiamo dividerli in quattro categorie principali:
1. Solidi ionici;
2. solidi covalenti;
3. solidi di Van der Waals o solidi molecolari;
4. Solidi metallici.
1. Solidi ionici
Sono quei solidi nei quali le forze di legame che tengono uniti gli atomi hanno carattere prevalentemente ionico. Il legame ionico comporta che tra gli atomi si stabilisca un meccanismo donatore/accettore di elettroni che conduce alla formazione di ioni nei quali gli elettroni sono essenzialmente localizzati negli orbitali atomici delle specie atomiche che risultano elettricamente cariche. Le strutture elettroniche degli ioni sono spesso simili a quelle dei gas nobili i quali, come è ben noto, posseggono configurazioni elettroniche particolarmente stabili. Le forze attrattive fra ioni di carica elettrica opposta hanno natura prevalentemente coulombiana: esse vengono bilanciate sia dalle forze repulsive che intervengono fra specie di carica simile sia dalle forze repulsive che intercorrono fra gli elettroni più interni.
Il legame ionico è caratterizzato da una “simmetria sferica” nel senso che esso non si esercita secondo direzioni preferenziali tra i due ioni.
Questi solidi sono piuttosto stabili e sono caratterizzati da alti punti di fusione e di ebollizione; sono in genere duri e fragili e si sfaldano con facilità; allo stato solido non conducono la corrente elettrica, non potendo gli ioni spostarsi dalla loro posizione, ma sono conduttori allo stato fuso o in soluzione. Sono solubili nei solventi polari, fra i quali il più noto è l’acqua.
Il miglior esempio di solido ionico è costituito dal fluoruro di potassio KF. Il legame esclusivamente ionico è una pura astrazione in quanto fisicamente irrealizzabile nella pratica.
2. Solidi covalenti
Sono quei solidi nei quali il legame interatomico si realizza con un meccanismo di condivisione elettronica: ciò comporta una parziale sovrapposizione di orbitali per mezzo della quale si raggiunge la configurazione di un gas nobile. Poichè vi è una sovrapposizione di orbitali ne consegue che il legame covalente non può esercitarsi secondo direzioni qualsiasi; di conseguenza, tale tipo di legame non è più dotato di simmetria sferica” in quanto segue l'intrinseca distribuzione spaziale degli orbitali coinvolti.
La coppia di elettroni condivisa da due atomi resta sempre localizzata sugli orbitali di tali atomi senza allontanarsi mai da essi. Le forze repulsive che bilanciano quelle attrattive provengono dagli elettroni dei gusci più interni. Il legame covalente puro e' quello che s'instaura fra atomi della stessa specie e comporta la sovrapposizione di orbitali s (ossia s--s come, ad es. nella molecola H2) oppure p (ossia p--p, come ad es., nella molecola Cl2) per dar luogo ad un legame singolo o ”legame sigma” che ha natura simmetrica nel senso di avere simmetria di rotazione intorno all'asse secondo cui si esercita il legame.
Il legame covalente può intervenire anche fra atomi di specie diversa come, ad es., in HCl dove vi e' un legame s--p. In ogni caso si tratta di un legame sigma (legame singolo). Vi sono altre situazioni, ad es. nel caso della molecola O2, nelle quali si realizza un legame doppio (formato da un legame sigma ed un legame pi greca); vi sono poi i legami tripli (es., in N2).
3. Solidi di Van der Waals o solidi molecolari
Le forze di Van der Waals sono forze deboli che si esercitano fra atomi neutri sfruttando il meccanismo dell'attrazione dipolo-dipolo.
Nel reticolo cristallino sono localizzate molecole, tenute insieme dalle forze di Van der Waals.
Esempi di solidi molecolari sono il ghiaccio, lo iodio, il biossido di carbonio e l’idrogeno (questi ultimi due quando sono allo stato solido, quindi temperature inferiori ai –200°C).
Questi solidi hanno un basso punto di fusione e sublimano (passano direttamente dallo stato solido a quello liquido) facilmente. Hanno una solubilità che varia da solido a solido e dipende ai tipi di legame che quest’ultimo instaura con le molecole del solvente.
4. Solidi metallici
In determinate molecole, quali il benzene o il naftalene, alcuni degli elettroni di legame che tengono insieme gli atomi della molecola sono “delocalizzati”. Generalizzando tale concetto di delocalizzazione, si possono considerare i solidi metallici come quel tipo di solidi dove la delocalizzazione degli elettroni esterni si estende all'intero solido cristallino senza riguardare alcun atomo particolare di essa.
La proprietà comune a tutti i metalli è di essere dei buoni conduttori di corrente elettrica, dovuta al fatto che gli elettroni di valenza possono muoversi liberamente in tutto il cristallo.
Altre proprietà dei solidi metallici sono la tenacità, la plasticità, la duttilità e la malleabilità.

SCHEMA RIASSUNTIVO DEI SOLIDI
Solidi
Particelle
Nel reticolo
Forze di legame
Proprietà
Esempi
Molecolari
molecole
-Van der Waals
-dipolo-dipolo
-Basso punto di fusione
-Volatili
-Teneri
-Ghiaccio
I2, CO2, H2
Ionici
Ioni positivi e negativi
Attrazione elettrostatica
-Alto punto di fusione ed ebollizione
-Duri e fragili
-Sfaldabili
-Non conduttori
-Solubili in solventi polari
NaCl, CaF2, Na2SO4
Covalenti
Atomi
Coppia di elettroni condivisa
-Alto punto di fusione
-Duri
-Cattivi conduttori
-Insolubili
Diamante, quarzo
Metallici
Ioni positivi
Attrazione elettrostatica tra ioni positivi e gas elettronico
-Conduttori di elettricità e calore
-Tenaci
-Malleabili e duttili
-Duri e teneri
-Punto di fusione variabile
Na, Fe, Cu