Classificazione dei materiali solidi …

in base ai legami interatomici!

Metalli

Ceramici

Polimeri

(a) Legami atomici primari o forti

•legame ionico

•legame covalente

•legame metallico

(b) Legami atomici e molecolari secondari o deboli

•legame di Van der Waals

•legame idrogeno

(a) Legame ionico

catione Na+ anione Cl-

e-

Na Cl

Forza di legame anione-catione

4pe0 a2

Z1Z2 e2

Fatt= - Frep= - nb

a(n+1)

Fnetta=Fatt + Frep

e = 1.60 x 10-19 C

e0 = 8.85 x 10-12 C2/(N m2)

Forza di legame vs distanza interionica

Enetta= Eatt + Erep

4pe0 a

Z1Z2 e2

Enetta= + b

an +

Energia di legame interionico

Energia di legame interionico

Energia di legame ionico (kJ/mole)

(b) Legame covalente

Energia di legame vs distanza interatomica

Molecole biatomiche

Composti a base carbonio

Metano (CH4)

Diamante

Energia di legami covalenti semplici

(kJ/mole)

Energia di legami covalenti doppi e tripli

(kJ/mole)

Energia legame covalente vs ordine di legame

Solidi ionico-covalenti

(c) Legame metallico

Energia di legame vs distanza interatomica

Energia di legame (kJ/mole) e temperatura di fusione (°C)

Solidi metallico-covalenti

+ -

dipolo atomico fluttuante

- +

dipolo atomico indotto

Legami secondari:

interazione dipolo-dipolo indotto in gas nobili

2-8 kJ/mole

Legami secondari:

interazione dipolo-dipolo in molecole polari

H2O 1.84 debey

HCl 1.03 debey

NH3 1.46 debey

Legame idrogeno

H2O, HF, HCl,…

29 kJ/mole

Struttura dei materiali

Solidi cristallini trasposizione regolare e ripetitiva nello spazio di una

unità strutturale di base (cella elementare o cella unitaria);

monocristallini e policristallini

Solidi amorfi disposizione disordinata degli atomi

Strutture cristalline sono suddivise in gruppi (sistemi cristallini) in

base alla geometria della cella unitaria, indipendentemente dalla

posizione degli atomi all'interno della cella.

I sistemi cristallini sono completamente descritti da

6 parametri reticolari: a, b, c, a, b, g

Sistemi cristallini

solido cristallino cella unitaria

sistema di coordinate (x, y, z):

origine in un vertice della cella

assi coincidono gli spigoli della cella

Le strutture cristalline sono raggruppabili in:

7 sistemi cristallini

e 14 reticoli di Bravais

cubico

triclino esagonale

ortorombico

romboedrico

monoclino

tetragonale

7 sistemi cristallini

14 Reticoli di Bravais

(a) cubica a facce centrate (CFC) Cu, Ni, Ag, Au, Fe g, ...

(b) cubica a corpo centrato (CCC)

Fe a, Cr, W, Mo...

(c) esagonale compatta (EC) Zn, Cd, Co, Ti...

Materiali metallici

Cubica a facce centrate (CFC)

4 atomi per cella

12 numero di coordinazione

0.74 fattore di compattazione atomica

Cubica a facce centrate (CFC)

Esercizio 1

Calcolare il fattore di compattazione atomica (FCA) per la

cella elementare CFC, assumendo gli atomi sferici.

FCA = volume atomi per cella elementare CFC

volume della cella CFC

Esercizio 2

Il rame ha struttura CFC. Sapendo che il peso atomico è

63.54 g/mole ed il raggio atomico 0.1278 nm, calcolare la densità del

rame.

Cubica a corpo centrato (CCC)

2 numero di atomi per cella

8 numero di coordinazione

68 % fattore di compattazione atomica

Esercizio 3

Il Fe a 20 °C ha struttura CCC. Calcolare la costante reticolare a

della cella elementare del ferro, sapendo che il raggio atomico

del ferro è pari a 0.124 nm.

Esercizio 4

Calcolare il fattore di compattazione atomica (FCA) per la

cella elementare CCC, assumendo gli atomi sferici.

Esercizio 5

Il Mo ha struttura CCC, densità 10.2 g/cm3 e peso atomico 95,94 g/mole.

Calcolare il raggio atomico ed il fattore di compattazione atomica (FCA)

Esagonale compatta (EC)

6 numero di atomi per cella

12 numero di coordinazione

0.74 fattore di compattazione atomica

1.633 valore teorico di c/a

EC CFC

CCC

Esercizio 6

Calcolare il volume della cella elementare esagonale compatta (EC)

dello Zn sapendo che a=0.2665 nm e c=0.4947 nm.

Materiali metallici

Polimorfismo o allotropia

Forme allotropiche del ferro