I solidi amorfi
I solidi amorfi sono solidi con una struttura disordinata delle particelle.
Generalmente hanno proprietà isotrope, perché non esiste una direzione particolare nella disposizione delle particelle.
I solidi amorfi sono detti anche vetri.
Nota. Il termine vetro è un sinonimo di amorfo.
La formazione del solido amorfo
Un solido amorfo si forma quando il processo di cristallizzazione è molto lento, a causa dell'elevata viscosità della sostanza.
Come si forma un solido amorfo?
Se la viscosità è molto elevata, le particelle si spostano con difficoltà e questo rallenta il processo di cristallizzazione in un solido.
Cos'è la viscosità? La viscosità è la resistenza al moto delle particelle dovuta alle forze intermolecolari (attrito interno). Indica la velocità di mobilità delle particelle di un liquido.
Quindi, nel passaggio di stato da liquido a solido (solidificazione), le sostanze con elevata viscosità possono diventare prima un solido amorfo e poi un solido cristallino.
Per questa ragione alcune gomme sono flessibili e morbide quando sono solidi amorfi, diventano dure e fragili quando sono allo stato cristallino.
La viscosità si riduce con l'aumento della temperatura
Per realizzare alcuni solidi amorfi si raffredda una sostanza fusa.
In genere si ottiene un solido amorfo se la sostanza fusa ha una velocità di raffreddamento molto elevata.
Il grado di disordine della solido amorfo è varibile. E' tanto maggiore, quanto più veloce è il raffreddamento e viceversa.
- Se il raffreddamento è lento, le particelle hanno più tempo per raggiungere a una posizione ordinata.
- Se il raffreddamento è veloce, le particelle solidificano nella posizione in cui si trovano senza raggiungere l'ordine cristallino.
Un esempio pratico
La silice (SiO2) è una molecola covalente polare che compone il reticolo di un solido cristallino. Pertanto, ha una struttura ordinata delle particelle.
Ad elevate temperature il solido passa allo stato liquido. La fusione distrugge la struttura cristallina della silice e gli ioni sono liberi di muoversi.
Quando il fuso si raffredda, la viscosità aumenta al punto tale da impedire la ricomposizione del cristallo.
Dopo il raffreddamento la sostanza torna ad essere solida e rigida, ma ora la sua struttura interna è disordinata (solido amorfo) perché gli ioni restano nella posizione in cui si trovano.
Il grado del disordine del solido amorfo è variabile e dipende dalla velocità del raffreddamento.
Se il raffreddamento è rapido, le particelle solidificano nella posizione in cui si trovano, dando vita alla struttura disordinata tipica di un solido amorfo.
Viceversa, se il raffreddamento è lento, le particelle hanno più tempo per tornare alla posizione regolare del solido cristallino.
Tipi di solidi amorfi
Esistono due tipi di solidi amorfi (vetri)
- Vetri inorganici
Nei vetri inorganici è presente la silice e derivati. - Vetri organici
Sono polimeri derivati dal carbonio.
La distinzione tra vetri organici e inorganici nasce dalla vecchia ripartizione della chimica in chimica organica (esseri viventi) e chimica inorganica.
Le caratteristiche dei solidi amorfi
I solidi amorfi (vetri) sono caratterizzati dal disordine strutturale delle particelle tipico dei liquidi e da proprietà meccaniche tipiche dei solidi.
Ecco alcune caratteristiche dei solidi amorfi
- Temperatura di fusione non ben definita
La temperatura di fusione avviene in un ampio intervallo di temperatura poiché la fusione (passaggio da solido a liquido) dipende da una diminuzione della viscosità. Non dipende dalla rottura di legami. - Temperatura di solidificazione non ben definita
La temperatura di solidificazione avviene in un ampio intervallo di temperatura perché la solidificazione (passaggio da liquido a solido) dipende da un aumento della viscosità. Non dipende dalla rottura di legami. - Elevato indice di rifrazione
I vetri hanno un elevato indice di rifrazione. Per questa ragione sono trasparenti. La struttura disordinata tipica dei liquidi dà ai solidi la proprietà di un elevato indice di rifrazione ossia la trasparenza.
E così via.
