Tipologie di Strutture

Per lo stato solido possiamo trovare 3 tipi di strutture/geometrie:

Ordinata Compatta, gli atomi sono disposti in modo tale da occupare in maniera efficiente lo spazio a disposione. Un esempio lampo può essere un sale, che ha elevata durezza, ma fragilità data dalla disposizione delle particelle.
Ordinata, troviamo gli atomi dispositi in maniera regolare ma non perforza sono disposti in maniera tale da occupare in maniera efficiente lo spazio disponibile.
Disordinata, gli atomi si trovano posti in maniera non regolare che può variare nello spazio.

Struttura ordinata

Approfondiamo ora la struttura ordinata. Possiamo distingue strutture ordinate da altre strutture ordinate in base a:

Numero di coordinazione: Indica il numero di atomi adiacenti ad un atomo
Cella unitaria: lo "schema" di riferimento del materiale, ovvero: < la più piccola entità che contiene tutti gli elementi di simmetria >
Fattore di impaccamento (P.F.): È il rapporto tra il volume degli atomi presenti nella cella unitaria e il volume della cella.

PF = \frac{V_{atomi}}{V_{cella}}

Solitamente le strutture ordinate generano strutture di tipo cristallino

Fattore di Impaccamento

Prima di approfondire le strutture come CFC, EC, etc, vediamo brevemente in linea teorica come calcolare il PF di una cella unitaria cubica semplice con n.c. pari a 6.
Supponiamo di avere un atomo di un El metallico a piacimento. Per semplicità possiamo dire che gli atomi di questo elemento hanno un raggio costante R. Ora prendiamo un cubo dove ai vertici abbiamo un atomo metallico, e la lunghezza di questo cubo è parti a L = 2R. Sappiamo che il volume del cubo è $l^3$ ovvero $8R^3$ , inoltre il volume occupato dagli atomi del metallo è pari a $4/3 \pi R^3$ , ottenendo così:

P.F. = \frac{4 \pi R^3}{3\cdot 8 R^3} = \pi / 6 \sim 0.52

Come vediamo otteniamo un PF pari a $\sim 0.5$ che è basso, è un impaccamento poco compatto.

Impaccamenti medio compatti

Struttura Cubica a Corpo Centrato (CCC)

Quando parliamo di str. cubica a corpo centrato ci stiamo riferendo a materiali metallici, assumendo che gli atomi siano sfere perfette. Come suggerisce il nome, "corpo centrato" troviamo un atomo di metallo posto al centro del nostro cubo e, ai relativi spigoli degli altri atomi. Questa struttura ha un PF pari a $\sim$ 0.68 ed un N.C. = 8

Impaccamenti Compatti

Struttura Cubica a Facce Centrate

La struttura cubica a facce centrate prevede atomi negli spigoli del cubo di riferimento e al centro di ogni faccia di questo cubo un atomo, al centro non è presente nessun atomo di metallo, non c'è lo spazio fisico. Tuttavia, risulta possibile riempire questo "buco" con un altro atomo. La struttura CFC presenta un N.C. = 12 ed un PF = $\sim$ 0.74 con 4 atomi per cella..

Struttura Esagonale Compatta

Come suggerisce il nome costruiamo la cella unitaria su base esagonale. In questo caso troviamo: 12 atomi ai vertici del nostro esagono, 2 al centro delle faccie esterne e se tagliamo a metà il nostro esagono troviamo 3 atomi disposti sui vertici di un triangolo, ruotato affinchè si occupi lo spazio in maniera efficiente. Questa struttura ha un PF $\sim$ 0.74 e N.C. = 12, con 6 atomi completi per cella.