UNIVERSITA DI CATANIA M.CALTABIANO. RAPPRESENTAZIONE DELLE STRUTTURE CRISTALLINE DEI SOLIDI Per...

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M.CALTABIANOM.CALTABIANO


RAPPRESENTAZIONE DELLE STRUTTURE RAPPRESENTAZIONE DELLE STRUTTURE CRISTALLINE DEI SOLIDICRISTALLINE DEI SOLIDI

Per descrivere le Per descrivere le strutture cristallinestrutture cristalline, si ricorre al concetto del , si ricorre al concetto del RETICOLO,RETICOLO, costituito costituito da una griglia tridimensionale, in cui i da una griglia tridimensionale, in cui i nodinodi sono occupati da atomi: sono occupati da atomi: METALLIMETALLI, SOLIDI , SOLIDI COVALENTI(ad es. il quarzo),odCOVALENTI(ad es. il quarzo),od ioni ioni: MATERIALI CERAMICHE o : MATERIALI CERAMICHE o molecolemolecole:GHIACCIO,SOSTANZE ORGANICHE.:GHIACCIO,SOSTANZE ORGANICHE.

M.CALTABIANOM.CALTABIANORETICOLI DI BRAVAIS

Strutture cristlline dei metalliStrutture cristlline dei metalli

CCCCCC::cubica,acubica,a corpo centrato;corpo centrato;

CFCCFC::cubica cubica aa facciefacciecentratecentrate

ECEC::esagoesagonale nale compattacompatta

I METALLI SONO DEI SOLIDI, A TEMPERATURA AMBIENTE, AVENTE STRUTTURA CRISTALLINAI METALLI SONO DEI SOLIDI, A TEMPERATURA AMBIENTE, AVENTE STRUTTURA CRISTALLINA


• STRUTTURA E MICROSTRUTTURA DEI SOLIDISTRUTTURA E MICROSTRUTTURA DEI SOLIDI• I I materiali solidimateriali solidi presentano a livello atomico, un’organizzazione spaziale degli atomi o presentano a livello atomico, un’organizzazione spaziale degli atomi o

molecole od ioni, che li compongono, ORDINATA e PERIODICA.molecole od ioni, che li compongono, ORDINATA e PERIODICA.

• Pertanto, si parla di Pertanto, si parla di STRUTTURA CRISTALLINASTRUTTURA CRISTALLINA che si può immaginare, essere che si può immaginare, essere così ottenuta dalla ripetizione regolare all’infinito nelle tre direzioni dello spazio di una unità così ottenuta dalla ripetizione regolare all’infinito nelle tre direzioni dello spazio di una unità

base, detta,base, detta, CELLACELLA ELEMENTARE o UNITARIA o SEMPLICE.ELEMENTARE o UNITARIA o SEMPLICE.• Altresì vi sono solidi che possiedono una Altresì vi sono solidi che possiedono una STRUTTURA AMORFASTRUTTURA AMORFA, poiché hanno una , poiché hanno una

organizzazione degli atomi o molecole tridimensionale DISORDINATA.organizzazione degli atomi o molecole tridimensionale DISORDINATA.

• Nei Nei METALLIMETALLI e nelle CERAMICHE gli atomi si dispongono in e nelle CERAMICHE gli atomi si dispongono in strutturestrutture ordinate ordinate

cristallinecristalline;mentre i VETRI INORGANICI e i POLIMERI sono amorfi, ma alcuni polimeri ;mentre i VETRI INORGANICI e i POLIMERI sono amorfi, ma alcuni polimeri possono realizzare al loro interno strutture ordinate cristalline.possono realizzare al loro interno strutture ordinate cristalline.

• I materiali cristallini I materiali cristallini sono in genere formati da un aggregato di microcristalli, sono in genere formati da un aggregato di microcristalli, piuttosto che da un singolo cristallo (MONOCRISTALLO) e sono detti POLICRISTALLINI. piuttosto che da un singolo cristallo (MONOCRISTALLO) e sono detti POLICRISTALLINI.

M.CALTABIANOM.CALTABIANO monocristallo monocristallo policristallopolicristallo

Linee di demarcazione dei “grani”

Al microscopio ottico al S.E.MAl microscopio ottico al S.E.M..

Cella Cella elementareelementare


• POLIMOFISMO O ALLOTROPIAPOLIMOFISMO O ALLOTROPIA• È la proprietà degli elementi di esistere in diverse modificazioni (allotropiche).È la proprietà degli elementi di esistere in diverse modificazioni (allotropiche).• Essa dipende da una diverso numero di atomi o disposizione di ugual numero di Essa dipende da una diverso numero di atomi o disposizione di ugual numero di

atomi nell’aggruppamento molecolare delle varie modificazioni allotropiche.atomi nell’aggruppamento molecolare delle varie modificazioni allotropiche.

• FERRO:FERRO:• Ferro alfaFerro alfa, fino a 768°C,struttura cristallina cubica, a corpo centrato, non magnetico;, fino a 768°C,struttura cristallina cubica, a corpo centrato, non magnetico;• Ferro betaFerro beta, da 768°C a 906°C,struttura cristallina cubica,a corpo , da 768°C a 906°C,struttura cristallina cubica,a corpo

centrato,magnetico,poco solubile con il carbonio,centrato,magnetico,poco solubile con il carbonio,FERRITEFERRITE: lega (Soluzione solida : lega (Soluzione solida interstiziale) con il carbonio;interstiziale) con il carbonio;

• Ferro gammaFerro gamma, da 906°C a 1401°C,struttura cubica, a facce centrate,presenta la , da 906°C a 1401°C,struttura cubica, a facce centrate,presenta la massima solubiltà con il carbonio,la lega che si forma prende il nome di massima solubiltà con il carbonio,la lega che si forma prende il nome di AUSTENITEAUSTENITE;;

• MARTENSITEMARTENSITE,si ottiene per un brusco raffreddamento da temperature superiore ,si ottiene per un brusco raffreddamento da temperature superiore all’austeniteall’austenite

• Ferro delta,Ferro delta, da 1401°C a 1530°C,struttura cubica a corpo centrato,con il carbonio da 1401°C a 1530°C,struttura cubica a corpo centrato,con il carbonio forma una lega detta forma una lega detta SOLUZIONE SOLIDA DELTASOLUZIONE SOLIDA DELTA..


CARBONIO

grafitegrafite

diamantediamante

fullerenefullerene


• FUSIONE DEI METALLI: FUSIONE DEI METALLI: • Un metallo sotto somministrazione sufficiente di energia termica, cambia di Un metallo sotto somministrazione sufficiente di energia termica, cambia di STATOSTATO FISICOFISICO, ,

passando da quello solido allo stato liquidopassando da quello solido allo stato liquido..

• PUNTO DI FUSIONE:PUNTO DI FUSIONE:• È quella temperatura necessaria per rompere i legami interatomici della struttura cristallina di un È quella temperatura necessaria per rompere i legami interatomici della struttura cristallina di un

metallo.metallo.

Avvenuta la suddetta rottura, grazie all’energia cinetica della temperatura di fusione,gli atomi Avvenuta la suddetta rottura, grazie all’energia cinetica della temperatura di fusione,gli atomi potendosi muovere liberamente in ogni direzione,daranno luogo al passaggio dallo stato potendosi muovere liberamente in ogni direzione,daranno luogo al passaggio dallo stato

solidosolido a quello a quello liquidoliquido. .

Un metallo fonde sempre alla stessa temperatura detta PUNTO DI FUSIONEUn metallo fonde sempre alla stessa temperatura detta PUNTO DI FUSIONE

Una lega, essendo costituita da più metalli,fonde con Una lega, essendo costituita da più metalli,fonde con INTERVALLO DI FUSIONEINTERVALLO DI FUSIONE, il , il quale è dato dalla somma dei punti di fusione di ciascun metallo costituente la lega.quale è dato dalla somma dei punti di fusione di ciascun metallo costituente la lega.

In Odontoiatria i metalli allo stato puro sono scarsamente adoperati ad eccezione del TitanioTitanio negli impianti e dell’ OroOro nelle otturazioni, in quanto le loro caratteristiche fisico-chimiche sono insufficienti per resistere agli agenti fisico-biochimici del cavo orale, per cui vengono usate le leghe.


Hg: unico metallo Hg: unico metallo liquido a liquido a temperatura temperatura ambienteambiente


• SOLIDIFICAZIONE DEI METALLI SOLIDIFICAZIONE DEI METALLI (RAFFREDDAMENTO o CRISTALLIZZAZIONE):(RAFFREDDAMENTO o CRISTALLIZZAZIONE):

• La formazione dei cristalli si ha durante il La formazione dei cristalli si ha durante il passaggio dei metalli dallo stato liquido a quello passaggio dei metalli dallo stato liquido a quello solidosolido..

• La solidificazione si ottiene con la perdita dell’energia calorica La solidificazione si ottiene con la perdita dell’energia calorica (CALORE LATENTE DI (CALORE LATENTE DI SOLIDIFICAZIONE),SOLIDIFICAZIONE),

• Presente negli atomi in movimento, per cui gli atomi, vibrando ad eguale distanza con minore Presente negli atomi in movimento, per cui gli atomi, vibrando ad eguale distanza con minore dispendio di energia, riformeranno la struttura cristallina del metallo o lega.dispendio di energia, riformeranno la struttura cristallina del metallo o lega.

• ABAB = metallo fuso = metallo fuso• BB’BB’ = fenomeno della soprafusione o sottoraffreddamento: in B si avrà la formazione dei primi = fenomeno della soprafusione o sottoraffreddamento: in B si avrà la formazione dei primi

cristalli con liberazione di calore, per cui la temperatura sale fino a raggiungere B’.cristalli con liberazione di calore, per cui la temperatura sale fino a raggiungere B’.• B’CB’C = temperatura di solidificazione: costante,perché si libera il calore latente di fusione ed = temperatura di solidificazione: costante,perché si libera il calore latente di fusione ed

tipica per ciascun metallotipica per ciascun metallo• CDCD = raffreddamento fino alla temperatura ambiente = raffreddamento fino alla temperatura ambiente


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