Le proprietà dei solidi sono influenzate dal tipo di forze attrattive tra le particelle che li costituiscono. Tra le proprietà dei solidi vi sono colore, temperatura, densità, durezza e punti di fusione
I solidi cristallini sono generalmente classificati in base alla natura delle forze che tengono insieme le particelle che li costituiscono. Queste forze sono i responsabili principali delle proprietà fisiche esibite dai solidi.
Fu solo all’inizio del 1900 che gli scienziati furono in grado di guardare all’interno dei cristalli , quando lo scienziato tedesco Max von Laue e gli scienziati inglesi William Bragg e Lawrence Bragg svilupparono un metodo che utilizza i raggi X per determinare le strutture microscopiche dei cristalli solidi.
La cristallografia a raggi X e altri metodi strumentali, consentono la comprensione della relazione tra struttura e comportamento per progettare materiali nuovi e utili.
Classificazione
A seconda del tipo di legame presente i solidi cristallini si classificano come: solidi ionici, solidi metallici, solidi covalenti e solidi molecolari. Le proprietà dei solidi infatti dipendono dalla configurazione elettronica degli elementi costitutivi.
I solidi ionici sono costituiti da cationi e anioni che si trovano sui nodi di un reticolo cristallino legati tra loro da intense forze di tipo coulombiano. Pertanto l’energia reticolare è molto elevata e così lo è pure il loro punto di fusione.
I solidi metallici sono costituiti da ioni metallici che si trovano sui nodi di un reticolo cristallino immersi in una nube di elettroni. Il legame è quindi delocalizzato e consiste in un’attrazione elettrostatica che si instaura tra gli elettroni di valenza e i cationi.
I solidi covalenti sono costituiti da atomi o molecole direttamente legati tramite legami di natura covalente e nel cristallo non sono individuabili singole molecole.
I solidi molecolari sono costituiti da aggregati di particelle neutre (atomi o molecole). Se le molecole sono apolari le forze interagenti sono quelle di van der Waals mentre se le molecole sono polari le forze interagenti sono di tipo dipolo-dipolo o legame a idrogeno.
Tra le proprietà dei solidi molecolari vi è la bassa temperatura di fusione e di ebollizione rispetto ai solidi metallici, ionici e covalenti
Esempi di solidi molecolari con basse temperature di fusione e di ebollizione includono argon, acqua, naftalene, nicotina e caffeina. I costituenti dei solidi molecolari hanno dimensioni variabili da gas monoatomici condensati a piccole molecole come il naftalene a grandi molecole con decine di atomi come il fullerene con 60 atomi di carbonio
Proprietà dei solidi
Le proprietà dei solidi sono diverse a seconda de tipo di legame presente. Mostrano, tuttavia, caratteristiche comuni tra cui essere caratterizzati:
- temperatura di fusione definita
- anisotropia
- sfaldabilità
- elevata densità
In tabella vengono riportati i tipi di solidi, il tipo di particelle, il tipo di legame, esempi relativi e proprietà
| Tipo di solido | Particelle | Tipo di legame | Esempi | Proprietà |
| Ionico | Ioni | Ionico | NaCl, KF, MgO | Elevato punto di fusione, spesso solubile in acqua, conduttore allo stato fuso o in acqua |
| Metallico | Ioni metallici | Metallico | Cu, Al, Fe | Buon conduttore di elettricità e corrente, duttilità, malleabilità, lucente |
| Covalente | Atomi o molecole | Covalente | Diamante, SiC, SiO2 | Elevato punto di fusione, non conduttore, elevata durezza |
| Molecolare | Atomi o molecole apolari | Forze intermolecolari | H2, Br2, CCl4 | Basso punto di fusione e di ebollizione, non conduttore, poco solubile in acqua, solubile in solventi organici |
| Molecolare | Atomi o molecole polari | dipolo-dipolo, legame a idrogeno
|
HCl, NH3, H2O | Punto di fusione e di ebollizione maggiore rispetto alle molecole apolari, maggiore probabilità di solubilità in acqua |