SOLIDI AMORFI: STRUTTURA, PROPRIETÀ, ESEMPI - CHIMICA - 2025

I solidi amorfi sono quelli senza una struttura ordinata a lungo raggio. Sono l'opposto di ciò che è noto come solido cristallino. Le sue particelle si associano in modo disordinato, simile a quello dei liquidi, ma con una forza sufficiente per fondersi in una struttura solida.

Questo carattere amorfo è più comune di quanto potresti pensare; è infatti uno dei possibili stati che la materia condensata può adottare. Con ciò si intende che qualsiasi composto capace di solidificare e, quindi, cristallizzare, può anche agglomerarsi in modo disordinato se le condizioni sperimentali lo consentono.

Lo zucchero filato è un esempio di un solido amorfo. Fonte: Pixabay.

Quanto sopra detto di solito si applica alle sostanze pure, siano esse elementi o composti. Ma vale anche nel caso delle miscele. Molte miscele solide sono amorfe, come zucchero filato, cioccolato, maionese o purè di patate.

Il fatto che un solido sia amorfo non lo rende meno prezioso di uno cristallino. Il disturbo strutturale a volte gli conferisce proprietà uniche che non esibirebbe in una condizione cristallina. Ad esempio, nell'industria fotovoltaica il silicio amorfo è preferito rispetto al cristallino per alcune applicazioni su piccola scala.

Struttura dei solidi amorfi

Differenza tra una struttura cristallina e una struttura amorfa. Fonte: Gabriel Bolívar.

La struttura di un solido amorfo è disordinata; manca di periodicità o pattern strutturale. L'immagine sopra illustra questo punto. A corrisponde a un solido cristallino, mentre B rappresenta un solido amorfo. Si noti che in B i rombi viola sono disposti arbitrariamente, anche se sia in A che in B esistono lo stesso tipo di interazioni.

Se guardi anche B, vedrai che ci sono spazi che sembrano vuoti; cioè, la struttura presenta difetti o irregolarità. Pertanto, parte del disordine microscopico o interno di un solido amorfo è dovuto al fatto che le sue particelle sono "disposte" in modo tale che la struttura risultante abbia molte imperfezioni.

In un primo momento si è parlato dell'ambito nel grado di ordinamento dei solidi amorfi. In B ci sono solo un paio di rombi che sembrano essere ben allineati. Ci possono essere regioni ordinate; ma solo a distanza ravvicinata.

Si dice quindi che un solido amorfo sia costituito da minuscoli cristalli incommensurabili di strutture diverse. La somma di tutte queste strutture finisce per diventare labirintica e priva di significato: la struttura globale diventa amorfa, fatta di infiniti blocchi cristallini sparsi ovunque.

Proprietà

Le proprietà di un solido amorfo variano a seconda della natura delle sue particelle costituenti. Tuttavia, ci sono alcune caratteristiche generali che possono essere menzionate. I solidi amorfi possono essere vetrosi, quando presentano aspetti simili ai cristalli; o gelatinoso, resinoso o polveroso.

Poiché le loro strutture sono disordinate, non generano spettri di diffrazione di raggi X. Allo stesso modo, i loro punti di fusione non sono precisi, ma coprono un intervallo di valori.

Ad esempio, il punto di fusione per un solido amorfo può variare da 20 a 60 ° C. Nel frattempo, i solidi cristallini si sciolgono a una temperatura specifica o in un intervallo ristretto se contengono molte impurità.

Un'altra caratteristica dei solidi amorfi è che quando si rompono o si fratturano, non danno origine a frammenti geometrici con facce piane, ma frammenti irregolari con facce curve. Quando non sono vitrei, appaiono come corpi polverosi e opachi.

Preparazione

Più che un solido amorfo, questo concetto dovrebbe essere trattato come uno "stato amorfo". Tutti i composti (ionici, molecolari, polimerici, metallici, ecc.) Sono in grado, fino a un certo punto, e se le condizioni sperimentali lo consentono, di formare solidi amorfi e non cristallini.

Ad esempio, nelle sintesi organiche i composti solidi sono inizialmente ottenuti come masse polverose. Il suo contenuto di impurità è così elevato da influenzare il suo ordine molecolare a lungo termine. Ecco perché quando il prodotto si ricristallizza più e più volte, il solido diventa sempre più cristallino; sta perdendo il suo carattere amorfo.

Ciò non significa tuttavia che i solidi amorfi siano necessariamente materiali impuri; molti di loro sono amorfi per la loro natura chimica.

Una sostanza pura può solidificarsi in modo amorfo se il suo liquido viene raffreddato improvvisamente, in modo tale che le sue particelle non cristallizzino, ma adottino una configurazione vetrosa. Il raffreddamento è così rapido che le particelle non hanno tempo sufficiente per accogliere i blocchi cristallini che a malapena riescono a "nascere".

L'acqua, ad esempio, è in grado di esistere in uno stato vetroso, amorfo e non solo come ghiaccio.

Esempi di solidi amorfi

Minerali e plastica

L'ossidiana è uno dei pochi minerali amorfi conosciuti. Fonte: Pixabay.

Praticamente qualsiasi materiale cristallino può conformarsi a una forma amorfa (e viceversa). Questo accade con alcuni minerali, che per ragioni geochimiche non hanno potuto stabilire formalmente i loro cristalli convenzionali. Altri, invece, non formano cristalli ma vetro; questo è il caso dell'ossidiana.

D'altra parte, i polimeri tendono a solidificarsi in modo amorfo, poiché le loro molecole sono troppo grandi per definire una struttura ordinata. È qui che entrano in gioco resine, gomme, polistirolo espanso (anime), plastica, teflon, bachelite, tra gli altri.

Tessuto biologico

I solidi biologici sono per lo più amorfi, come: tessuto d'organo, pelle, capelli, cornea, ecc. Allo stesso modo, il grasso e le proteine ​​formano masse amorfe; Tuttavia, con una preparazione adeguata, possono cristallizzare (cristalli di DNA, proteine, grassi).

Bicchieri

Vetro, un solido amorfo

Sebbene sia rimasto quasi per ultimo, il solido amorfo più rappresentativo è di gran lunga il vetro stesso. La sua composizione è essenzialmente la stessa di quella del quarzo: SiO ₂ . Sia il cristallo di quarzo che il vetro sono reti covalenti tridimensionali; solo che il reticolo di vetro è disordinato, con legami Si-O di diverse lunghezze.

Campione di vetro metallico

Il vetro è la quintessenza del solido amorfo e si dice che i materiali che assumono un aspetto simile abbiano uno stato vetroso.

Carbonio e metalli

Abbiamo il carbone amorfo, il carbone attivo è uno dei più importanti per le sue capacità assorbenti. Inoltre, ci sono silicio amorfo e germanio, con applicazioni elettroniche in cui agiscono come semiconduttori.

E infine, ci sono leghe amorfe, che a causa della disparità dei loro atomi metallici conformi non stabiliscono una struttura cristallina.

Riferimenti

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