La struttura dei solidi è determinata da un bilancio di forze attrattive e repulsive fra atomi/ioni del solido:

• Le forze repulsive determinate da parametri strutturali quali lunghezze di legami, angoli, densità atomiche, ecc…
• Le forze attrattive, di natura elettrostatica, tra carica negativa degli elettroni di valenza e le cariche positive dei nuclei atomici.

Differenziamo i solidi a seconda del tipo di legame (e quindi distribuzione degli atomi):

• Ionici: NaCl, CaO, LiF
• Covalenti: C (diamante), SiO2
• Molecolari: CO2, I2, Xe
• Metallici: Li, Fe, Na

SOLIDI IONICI

Energia reticolare:

è l’energia liberata nella formazione del reticolo cristallino dagli ioni portati da distanza infinita a distanza di legame.

Le posizioni degli ioni all’interno del reticolo cristallino sono determinate dall’equilibrio tra le forze attrattive e le forze repulsive, in modo che l’energia complessiva dell’aggregato abbia il minimo di valore possibile.

Spesso sono rappresentabili come strutture compatte in cui gli anioni di dispongono in modo da occupare lo spazio nel modo più efficiente, mentre i cationi si dispongono negli interstizi del reticolo formato degli anioni.

• Se il catione è grande si dispone nel rito ottaedrico, altrimenti nel sito tetraedrico.
• I cationi occupano siti di coordinazione diversa a seconda del rapporto tra i raggi atomici: r+/r-

Le proprietà dei composti ionici:

• Danno origine a solidi cristallini
• Hanno alte temperature di fusione ed ebollizione
• Sono poco volatili
• Sono ben solubili in acqua
• Sono insolubili in solventi apolari
• Sono isolanti allo stato solido, conduttori allo stato fuso (in quanto gli ioni sono liberi di muoversi)
• Sono duri ma fragili: la deformazione provoca uno slittamento dei piani reticolari, ponendo a contatto ioni della stessa carica, causando una repulsione, causando una repulsione coulombiana che provoca la frattura del cristallo.

SOLIDI A RETICOLO COVALENTE

Sono entità legate da legami covalenti, con un energia di coesione molto elevata:

• Sono poco volatili
• Hanno una temperatura di fusione molto elevata
• Sono molto duri (il diamante ha durezza 10 nella scala Mohs)
• Sono poco comprimibili
• Essendo il legame covalente direzionale, sono molto fragili
• Hanno proprietà analoghe ai solidi ionici, ma allo stato fuso presentano una bassa conducibilità elettrica

SOLIDI MOLECOLARI

L’unità che compone il reticolo è costituita da una molecola o da un atomo chimicamente identificabile. I legami sono forze di Van der Waals e/o legami a idrogeno. Se non sono presenti legami a idrogeno sono molto volatili e possono sublimare a pressione atmosferica. Sono facilmente deformabili e sono buoni isolanti elettrici. Sono solubili in solventi che hanno simile polarità.

SOLIDI METALLICI

Le strutture cristalline metalliche sono caratterizzate da numeri di coordinazione molto elevati, da elevata compattezza e coesione. I cationi sono disposti secondo un reticolo ordinato, immerso in un “mare” di elettroni di valenza molto mobili e delocalizzati

Proprietà:

• Conducibilità elettrica: presenza di elettroni liberi di muoversi sotto un campo elettrico, con l’aumento della temperatura, la conducibilità diminuisce.
• Effetto fotoelettrico: estrazione di elettroni per irraggiamento
• Effetto termoionico: estrazione di elettroni per riscaldamento
• Conducibilità termica: trasporto del calore grazie agli elettroni liberi
• Duttilità e malleabilità: piani reticolari possono slittare senza alterare le interazioni di legame