SOLIDI CRISTALLINI: STRUTTURA, PROPRIETÀ, TIPI, ESEMPI - CHIMICA - 2025

I solidi cristallini sono quelli le cui strutture microscopiche sono ordinate e obbediscono a uno schema distintivo per un particolare reticolo; ad esempio: cubico, esagonale, triclino, romboedrico, tra gli altri.

Si dice che questi solidi esistano come cristalli, mostrando sfaccettature e disegni geometrici che riflettono quanto siano ordinati all'interno. Altri esempi di solidi cristallini sono diamante, quarzo, antracene, ghiaccio secco, cloruro di potassio o ossido di magnesio.

Una barretta cristallina di zucchero di canna. Fonte: Pixabay.

Una coppia ben nota di solidi cristallini è quella dello zucchero e del sale (NaCl). A prima vista, entrambi mostrano cristalli bianchi; ma le loro proprietà differiscono enormemente. Lo zucchero è un solido cristallino molecolare, mentre il sale è un solido cristallino ionico. Il primo è costituito da molecole di saccarosio; e il secondo, di ioni Na ⁺ e Cl ^- .

L'immagine sopra dà un'idea di quanto possano essere luminosi i cristalli di zucchero. Tuttavia, i cristalli di sale non sono molto indietro. Sebbene lo zucchero e il sale sembrino fratelli, le loro strutture sono diverse: lo zucchero, che è saccarosio, ha una struttura monoclina; mentre sale, una struttura cubica.

Struttura cristallina di cloruro di sodio, NaCl

Lo zucchero a velo e il sale (glassa) rimangono cristallini; i suoi cristalli sono diventati molto più piccoli per i nostri occhi. La cristallinità di un solido, quindi, è definita più dalla sua struttura interna, che dal suo aspetto esterno o dalla sua luminosità.

Struttura dei solidi cristallini

Strutture ordinate di solidi cristallini. Fonte: Gabriel Bolívar.

I solidi cristallini hanno strutture ordinate. Le loro caratteristiche geometriche dipenderanno dal tipo di reticolo cristallino a cui appartengono, che a sua volta si proietta esternamente nelle forme cristalline (sistema cristallino). L'immagine in alto illustra due concetti importanti di tali strutture: periodicità e grani cristallini.

L'ordinamento spaziale delle particelle di un solido cristallino è periodico; cioè, si ripete più e più volte in tutte le direzioni. Questo crea il proprio modello strutturale per ogni reticolo solido e cristallino; ad esempio, è qui che sale e zucchero iniziano a differenziarsi oltre la loro natura chimica.

In A i rombi sono disposti per dare origine a un rombo più grande. Ogni rombo viola rappresenta una particella o un insieme di particelle (atomi, ioni o molecole). Quindi, ci si potrebbe aspettare che un cristallo macroscopico di A abbia un aspetto romboedrico.

Nel frattempo, in B i rombi sono disposti in modo tale da dare origine a grani cristallini; questi sono cristalli molto piccoli (cristalliti). Si dice allora che B è un solido policristallino; cioè è formato dall'agglomerazione di più cristalliti.

In conclusione, un solido può essere semplicemente cristallino (A) o policristallino (B); A forma cristalli, mentre B policristalli.

Proprietà

Le proprietà dei solidi cristallini dipendono dal loro tipo di cristallo. È già noto che le loro strutture sono ordinate e che tendono anche a presentare caratteristiche brillanti di cui gli amanti dei minerali si innamorano. Tuttavia, è stato detto che un solido polveroso, anche "spento", può anche essere classificato come cristallino.

Il modo in cui le loro particelle sono orientate spazialmente consente loro di avere alcune proprietà importanti per la loro caratterizzazione. Ad esempio, i solidi cristallini sono in grado di diffrazione dei raggi X, creando spettri di diffrazione da cui è possibile determinare la struttura microscopica di un cristallo.

Inoltre, poiché la struttura è periodica, il calore si diffonde allo stesso modo in tutto il solido; fintanto che non ci sono impurità coinvolte. Pertanto, i punti di fusione per un solido cristallino sono costanti e non variano indipendentemente da come vengono misurati.

Tipi di solidi cristallini

I tipi di solidi cristallini si basano sul tipo di particelle di cui sono composti e sulle loro interazioni o legami. Esistono essenzialmente quattro tipi: reti ioniche, metalliche, molecolari e covalenti.

Anche quando presentano un certo grado di impurità, rimangono cristallini, anche se le loro proprietà ne risentono e non mostrano gli stessi valori attesi per un solido puro.

ionici

Il sale è un esempio di un solido cristallino ionico, poiché è composto da ioni Na ⁺ e Cl ^- . Pertanto, in questo tipo di solidi governa il legame ionico: sono le forze elettrostatiche che governano l'ordinamento strutturale.

Metallico

Tutti gli atomi metallici formano cristalli metallici. Ciò significa che, ad esempio, una forchetta d'argento è un conglomerato di cristalli d'argento fusi. La struttura interna o microscopica è la stessa in ogni centimetro dell'oggetto e rimane invariata dal manico della forcella alla punta dei suoi denti.

Molecolare

Lo zucchero è un esempio di un solido cristallino molecolare, in quanto è costituito da molecole di saccarosio. Pertanto, questo tipo di solido è composto da molecole, che attraverso le loro interazioni intermolecolari (e non legami covalenti) riescono a stabilire una struttura ordinata.

Reti covalenti

Infine, abbiamo i solidi cristallini delle reti covalenti. I legami covalenti predominano in essi, poiché sono responsabili della creazione di un ordine e del mantenimento degli atomi fortemente fissati nelle rispettive posizioni spaziali. Non parliamo di ioni, atomi o molecole, ma di reti tridimensionali.

Esempi

Successivamente, e infine, verranno citati alcuni esempi per ciascuno dei tipi di solidi cristallini.

ionici

Tutti i sali sono solidi ionici. Allo stesso modo, ci sono solfuri, idrossidi, ossidi, alogenuri e altri composti anch'essi costituiti da ioni o le loro interazioni sono essenzialmente ioniche. Quindi abbiamo:

-KCl

-Caso ₄

-Ba (OH) ₂

-CASE ₄

-FeCl ₃

-Na ₂ S

-MgO

-CaF ₂

-NaHCO ₃

- (NH ₄ ) ₂ CrO ₄

Oltre a questi esempi, la stragrande maggioranza dei minerali è considerata solidi cristallini ionici.

Metallico

Qualsiasi elemento metallico si presenta naturalmente come cristalli metallici. Alcuni di loro sono:

-Rame

-Ferro

-Alluminio

-Cromo

-Idrogeno metallico (sotto pressioni inimmaginabili)

-Tungsteno

-Zirconio

-Titanio

-Magnesio

-Sodio

Molecolare

Esiste una grande varietà di solidi cristallini molecolari. Praticamente qualsiasi composto organico che solidifica stabilirà cristalli se la sua purezza è elevata o se la sua struttura non è troppo complessa. Quindi abbiamo:

-Ghiaccio (H ₂ O)

-Ghiaccio secco (CO ₂ )

-I ₂

-P ₄

-S ₈ (e i suoi polimorfi)

-Anthracene

-Ossigeno solido

-Ammoniaca solida

-Phenolphthalein

-Acido benzoico

Reti covalenti

E infine, tra alcuni solidi cristallini di reti covalenti abbiamo:

-Diamante

-Grafite

-Nanotubi di carbonio

-Fullerenos

-Quarzo

-Silicio

-Germanio

-Nitruro di boro

Da questo elenco, anche i nanotubi di carbonio e i fullereni potrebbero essere considerati solidi cristallini molecolari. Questo perché, sebbene siano costituiti da atomi di carbonio legati in modo covalente, definiscono unità che possono essere visualizzate come macromolecole (palloni da calcio e tubi).

Riferimenti

1. Whitten, Davis, Peck e Stanley. (2008). Chimica (8 ° ed.). CENGAGE Apprendimento.
2. Shiver & Atkins. (2008). Chimica inorganica . (Quarta edizione). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Cristallo. Estratto da: en.wikipedia.org
4. Chemistry LibreTexts. (16 giugno 2019). Solidi cristallini e amorfi. Recupero da: chem.libretexts.org
5. Rachel Bernstein e Anthony Carpi. (2020). Proprietà dei solidi. Estratto da: visionlearning.com