I solidi amorfi sono materiali privi di una struttura cristallina regolare che trovano applicazione in diversi settori grazie alle loro proprietà uniche e alla versatilità. Il termine amorfo deriva dal greco άμορφοσ che significa senza forma e utilizzato, in relazione ai solidi con determinate caratteristiche, dal chimico e mineralogista francese Georges Friedel nel 1912.
I solidi amorfi, noti anche come solidi non cristallini, sono una classe di materiali privi di una struttura ordinata a lungo raggio mentre è generalmente presente un ordine a corto raggio nella disposizione delle particelle costituenti come atomi, molecole o ioni in un tale solido.
Si differenziano dai solidi cristallini che hanno un ordine a lungo raggio e classificati in quattro tipi in base alla natura delle loro forze intermolecolari ovvero solidi molecolari, ionici, metallici e covalenti. I solidi cristallini presentano anisotropia avendo proprietà fisiche, come la resistenza elettrica o l’indice di rifrazione, che differiscono se misurate in direzioni diverse all’interno dello stesso cristallo.
Vi sono specie che possono presentarsi sia in forma amorfa che cristallina: un esempio è fornito dal carbonio che può avere diverse forme allotropiche tra cui il carbonio amorfo che ha elettroni π localizzati al contrario dei legami π aromatici presenti nella grafite e i suoi legami hanno lunghezze e distanze che sono incoerenti con qualsiasi altro allotropo del carbonio.
Un altro esempio è fornito dal silicio che, in forma cristallina, ha una struttura tetraedrica e forma un reticolo cristallino ben ordinato mentre in forma amorfa gli atomi formano una rete casuale continua. Il silicio amorfo è ottenuto mediante un processo di deposizione chimica da vapore e i suoi film sono usati come strati attivi nelle celle fotovoltaiche a film sottile, rilevatori di posizione ottici bidimensionali e scanner ottici.
Proprietà dei solidi amorfi
Si formano quando un materiale viene rapidamente raffreddato da uno stato liquido o gassoso, impedendo agli atomi o alle molecole di organizzarsi in un reticolo cristallino. Di conseguenza, gli atomi o le molecole vengono lasciati in posizioni casuali senza alcun ordine a lungo raggio, portando alla formazione di un solido amorfo.
Oltre alla assenza di una struttura ordinata a lungo raggio mostrano i solidi amorfi sono isotropi ovvero le loro proprietà fisiche come, ad esempio, le proprietà meccaniche, termiche e ottiche sono le stesse in tutte le direzioni.
Possono avere densità variabili a causa della mancanza di una disposizione atomica o molecolare regolare. La loro densità possono variare a seconda di alcuni parametri quali composizione, temperatura e condizioni di lavorazione. Non presentano piani di scissione, che sono caratteristici dei solidi cristallini ma si fratturano in modo irregolare e non prevedibile.
Possono esibire una gamma di proprietà ottiche infatti alcuni possono essere trasparenti, consentendo il passaggio della luce come alcuni tipi di vetro, mentre altri possono essere traslucidi o opachi come alcune materie plastiche.
I solidi amorfi non hanno un punto di fusione ben definito come i solidi cristallini ma si ammorbidiscono gradualmente quando riscaldati e alla fine si trasformano in un liquido. Presentano una temperatura di transizione vetrosa al di sotto della quale il solido si presenta fragile mentre al di sopra assume nuovamente la consistenza plastica. Questa temperatura è diversa per ogni tipo di solido amorfo ed è influenzata da fattori quali la composizione chimica e le condizioni di lavorazione.
Usi dei solidi amorfi
I solidi amorfi hanno una vasta gamma di applicazioni in vari campi. Ad esempio il vetro è utilizzato in finestre, lenti e fibre ottiche.
Sono utilizzati come additivi alimentari per migliorare la consistenza e la stabilità dei prodotti alimentari come, ad esempio, la gomma di xantano che è un polisaccaride utilizzato come additivo alimentare e modificatore reologico
I polimeri amorfi trovano utilizzo per un’ampia gamma di applicazioni nei settori degli adesivi, tessuti, imballaggio, vernici e edilizia. Vengono utilizzati per realizzare rivestimenti per varie superfici, inclusi rivestimenti antiriflesso per pannelli solari e rivestimenti antiappannamento per occhiali.
Nel campo dei cosmetici i solidi amorfi come la silice sono usati come riempitivi per migliorare la consistenza e la stabilità dei prodotti.
I solidi amorfi sono utilizzati come sistemi di somministrazione di farmaci nell’industria farmaceutica in quanto possono aumentare la biodisponibilità dei farmaci e migliorare la stabilità delle formulazioni.