Starea solida – Retele cristaline

Definire

Starea solida este caracterizata de existenta formei si volumului propriu. Particulele constituiente sunt puternic legate intre ele prin forte a caror natura poate diferi si care nu le permit sa se deplaseze liber ci doar sa oscileze in jurul unor pozitii de echilibru.
Solidele sunt caracterizate de microstructura si textura.
Microstructura reprezinta modul de aranjare in spatiu a particulelor constituiente.
Asezarea poate fi ordonata, ca in cazul substantelor cristaline, cu o ordine la mica distanta - cazul substantelor vitroase si complet dezordonate - substantele amorfe.
Textura reprezinta structura substantelor la o scara macroscopica si poate fi masiva, lamelara, grauntoasa, fibroasa.

Solide cristaline

Solidele cristaline sunt caracterizate de aranjamentul ordonat al particulelor.
Solidele cristaline se prezinta sub forma de cristale, vizibile cu ochiul liber sau la microscop sau ca agregate policristaline, a caror structura cristalina a fost determinata prin difractie de raze X - majoritatea metalelor, gheata, marmura.
Cristalele sunt corpuri solide, omogene, cu o forma poliedrica regulata.
O lege importanta a stiintei care se ocupa cu studiul cristalelor - cristalografia considera ca unghiurile dintre fetele echivalente ale cristalelor sunt egale pentru indivizii unei anumite specii cristaline. Cristalele reale au forme diferite datorita conditiilor de cristalizare, dar unghiurile dintre fetele echivalente sunt mereu egale.
Cristal ideal si real din sistemul hexagonal

Celula elementara

Cristalele substantelor pure apar din topitura, la scaderea temperaturii sub o valoare numita temperatura de solidificare sau de topire sau din solutii, cand concentratia acestora depaseste valoarea solubilitatii la acea temperatura.
Intr-un cristal atomii, ionii sau moleculele sunt asezate la distante egale pe diferite directii, formand siruri reticulare. Sirurile reticulare paralele intre ele determina plane reticulare. Se formeaza astfel o retea tridimensionala - reteaua cristalina in care particulele constituiente ocupa nodurile acestei retele - locuri de intersectie a sirurilor si planelor reticulare. Cristalele in care periodicitatea asezarii particulelor componente este perfecta se numesc cristale ideale.
Cea mai mica grupare de particule in care se regasesc toate caracteristicile retelei, retea care poate fi obtinuta prin repetarea de o infinitate de ori a acesteia se numeste celula elementara.
Celula elementara
Celula elementara este o prisma care are anumite elemente de simetrie cum sunt centre, axe si plane de simetrie.
S-a demonstrat matematic ca exista numai 32 de tipuri diferite de combinatii ale elementelor de simetrie care sa genereze prin repetare o retea spatiala fara goluri, numite clase de simetrie a cristalelor.
Functie de forma geometrica a celulei elementare aceste clase de simetrie se impart in 7 sisteme cristaline.
Forma celulei elementare este data de dimensiunile muchiilor prismei, numite constante ale retelei a, b, c si unghiurile dintre ele.

Fiecare particula este inconjurata in retea de alte particule. Se numeste numar de cordinatie numarul de particule din imediata vecinatate. Cu cat numarul de coordinatie este mai mare cu atat particulele sunt asezate mai compact.
Se defineste compactitatea K:
K=Volumul particulelor/volumul retelei x100 (%)
Compactitatea retelei influenteaza proprietatile substantelor cristaline - densitatea, etc.
Asezarea ordonata si cu densitati diferite dupa anumite directii se afla la originea anizotropiei proprietatilor (indice de refractie, proprietati mecanice) substantelor cristaline. Sunt izotropele substantele cristalizate in sistemul cubic precum si metalele. Metalele sunt izotrope datorita structurii policristaline, fiind rezultatul medierii statistice a izotropiei fiecarui graunte cristalin in parte. La aplicarea unor anumite tratamente, cum este deformarea la rece, se obtine o aliniere a orientarii retelelor din grauntii cristalin si incep sa se manifeste proprietatile anizotrope.