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Dispense


Stato Solido

Capitoli:

  1. Proprietà generali dei solidi
  2. La struttura periodica
  3. Il reticolo reciproco
  4. Diffrazione
  5. Gli elettroni nei cristalli
  6. Metalli?
  7. Semiconduttori?
  8. Dinamica reticolare?
  9. Proprietà termiche dei cristalli?
  10. Proprietà ottiche?
  11. Proprietà magnetiche?
  12. Superconduttività?

Appendici

  1. Matematica?
  2. Elettromagnetismo?
  3. Meccanica quantistica?

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Esempi

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Due reticoli cubici danno luogo ad una struttura molto diffusa tra le sostanze monoatomiche: il bcc e l'fcc. Tra le realizzazioni di questi due reticoli citeremo il bario, il cromo, il ferro, ed il niobio, assieme ai metalli alcalini, che cristallizzano nel sistema cubico a corpo centrato, ed inoltre il rame, il calcio, l'oro e l'alluminio metallici, una varietà di cristalli molecolari e di gas nobili (come il neon e lo xenon), che sono esempi di cubici a facce centrate.

Un altro reticolo che si incontra di frequente è il già citato hcp, adottato da una trentina di elementi, tra cui le terre rare metalliche, lo zinco, il berillio, l'elio (che solidifica solo sotto pressione) e da molti composti poliatomici, come ad esempio alcune ferriti.

In particolare i reticoli fcc ed esagonale compatto sono quelli che consentono il più denso impacchettamento di sfere (da qui il nome compatto). Per questo motivo i cristalli di gas nobili, nei quali gli atomi si possono vedere come sfere debolmente attratte le une alle altre, ma impenetrabili, cristallizzano come si è detto nei reticoli fcc o hcp, nei quali ogni sito ha 12 atomi primi vicini. Il reticolo bcc, poi, consente un'impacchettamento appena inferiore agli altri due, con 8 primi vicini per sito, ed è di fatto realizzato dai solidi di diverse molecole organiche di forma quasi sferica.

La struttura del diamante, riprodotta in figura 11 è comune al silicio, al germanio e, nella sua varietà biatomica, chiamata della zincoblenda (ZnS), al SiC, agli alogenuri di rame e ai semiconduttori del tipo III-V (cioè che associano un elemento del III ad uno del V gruppo).

Una struttura assai frequente è quella dell'NaCl, che si ritrova in molti alogenuri alcalini, ma anche in taluni ossidi (CaO, MgO, BaO). Come mostra la figura 12 essa si può pensare formata da due reticoli fcc intrallacciati.

Fig. 11 La cella del diamante; solo i siti scuri sono interni alla cella.

Fig. 12 La struttura dell'NaCl, che corrisponde ad un reticolo fcc di ioni Na (scuri) intercalato ad un secondo fcc di ioni Cl (chiari)

Fig. 13 La struttura del CsCl, che corrisponde ad un reticolo cubico semplice di ioni Cs (scuri) intercalato ad un secondo cubico semplice di ioni Cl (chiari).

Allo stesso modo un'altra struttura biatomica comune, quella del CsCl, mostrata in figura 13, può essere pensata come due reticoli cubici semplici interpenetrati.


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