Concetto ed esempi Struttura materiale

IL Struttura del materiale È il modo in cui i loro componenti sono collegati e manifestati su diverse scale di osservazione. Comprendere per componenti atomi, molecole, ioni, catene, piani, cristalli, grani cristallini, tra le altre particelle. E a sua volta, per quanto riguarda le scale di osservazione, ci riferiamo a Nano, Micro e Macrostructuras.

A seconda del tipo di legame chimico presente nelle strutture dei materiali, avranno luogo diverse proprietà meccaniche, chimiche, ottiche, termiche, elettriche o quantistiche. Se il collegamento è ionico, il materiale sarà ionico. Nel frattempo, se il collegamento è metallico, il materiale sarà metallico.

Il legno, ad esempio, è un materiale polimerico e fibroso, perché è realizzato in polisaccaridi di cellulosa. Le interazioni efficaci tra le loro catene di cellulosa definiscono un corpo duro, in grado di modellare, taglio, tintura, lucidatura, cospellamente.

È necessario che il materiale sia tutto ciò che soddisfi uno scopo nella vita o nella storia dell'umanità. Conoscere le sue strutture, nuovi materiali con proprietà ottimizzate per determinate applicazioni, industriali, domestiche, artistiche, computazionali o metallurgiche.

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Struttura dei materiali metallici

I materiali metallici coprono tutti i metalli e le loro leghe. Le loro strutture sono composte da atomi fortemente compattati d'altra parte o sopra l'altro, seguendo un ordine periodico. Si dice quindi che siano costituiti da cristalli di metallo, che rimangono fissi e coesi grazie al legame metallico che esiste tra tutti i suoi atomi.

Tra le strutture cristalline più comuni per i metalli ci sono centrate cubiche nel corpo (BCC), il cubico centrato sui volti (FCC) e il compatto esagonale (HCP), quest'ultimo è il più denso. Molti metalli, come ferro, argento, cromo o berillio, sono caratterizzati assegnando ciascuna di queste tre strutture.

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Tuttavia, tale descrizione non è sufficiente per descriverli come materiali.

I cristalli di metallo possono adottare più di uno o dimensioni. Pertanto, nello stesso metallo verrà osservato più di uno. In effetti, ce ne saranno molti, che sono meglio conosciuti con il termine grano cristallino.

La distanza che separa i grani l'una dall'altra è nota come limite di bordo o grano ed è, insieme ai difetti cristallini, uno dei fattori più determinanti nelle proprietà meccaniche dei metalli.

Struttura dei materiali ceramici

Sfere di biossido di zirconio, nuovo materiale ceramico. Fonte: Lucasbosch, Wikimedia Commons

La maggior parte dei materiali può essere descritta come nella sezione precedente, ovvero a seconda dei cristalli, dei loro numeri, dimensioni o forme. Ciò che varia, tuttavia, nel caso di materiali ceramici, è che i loro componenti non consistono solo in atomi, ma di ioni, spesso situati in una base amorfa silicata.

Pertanto, la ceramica tendono ad essere materiali semicristallini o completamente cristallini quando il biossido di silicio è assente. Nelle loro strutture, predominano i legami ionici e covalenti, essendo ioni più importanti. Generalmente, la ceramica sono materiali poliristali; cioè sono costituiti da molti piccoli cristalli.

Le ceramiche sono materiali di composizioni molto variabili. Ad esempio, carburi, nituto e fosfuri sono considerati ceramici e nelle loro strutture costituite da reti tridimensionali il legame covalente è regolato. Questo dà loro la proprietà di essere molto duri e elevati materiali di resistenza termica.

Le ceramiche vitree, per avere una base di biossido di silicio, sono considerate amorfe. Pertanto, le loro strutture sono disordinate. Nel frattempo, ci sono ceramiche cristalline, come ossidi di alluminio, magnesio e zirconio, le cui strutture sono costituite da ioni uniti dal legame ionico.

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Struttura dei materiali cristallini

La struttura cristallina del cloruro di sodio, NaCl, un tipico composto ionico. Le sfere viola rappresentano cationi di sodio, Na +e sfere verdi rappresentano anioni di cloruro, Cl.

I materiali cristallini integrano una grande famiglia di materiali. Ad esempio, i metalli e la ceramica sono classificati come materiali cristallini. A rigor di termini, i materiali cristallini sono tutti le cui strutture sono ordinate, indipendentemente da che sono composte da ioni, atomi, molecole o macromolecole.

Tutti i sali e la stragrande maggioranza dei minerali entrano in questa classificazione. Ad esempio, calcare.

I cristalli di zucchero, d'altra parte, sono fatti di molecole di saccarosio. In quanto tale zucchero non è un materiale, a meno che non vengano costruiti castelli, alloggiamenti, mobili o sedie di zucchero. Quindi lo zucchero diventerebbe un materiale cristallino. Lo stesso ragionamento si applica a tutti gli altri solidi molecolari, incluso il ghiaccio.

Struttura dei materiali ferrosi

Austenita, ordinando atomi di carbonio e ferro. Fonte: Wikimedia Commons

I materiali ferrosi sono tutti quelli che consistono in ferro e le loro leghe con carbonio. Pertanto, gli acciai contano come materiali ferrosi. Le sue strutture, come quelle dei metalli, si basano su cristalli metallici.

Tuttavia, le interazioni sono in qualche modo diverse, poiché gli atomi di ferro e carbonio fanno parte dei cristalli, quindi non puoi parlare di un legame metallico tra i due elementi.

Altri esempi

Nanomateriali

Nanotubi di carbonio. Fonte: Wikimedia Commons

Molti nanomateriali, come i materiali già discussi, sono anche descritti a seconda dei loro nanocristalli. Tuttavia, questi includono altre unità strutturali più uniche, composte da meno atomi.

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Ad esempio, le strutture di nanomateriali possono essere descritte da atomi o molecole ordinate sotto forma di sfere, misceli, tubi, piani, anelli, piastre, cubi, ecc., che possono o meno generare nanocristalli.

Mentre in tutte queste nanostrutture può essere presente il legame ionico, come con le nanoparticelle di innumerevoli ossidi, il legame covalente è più comune, responsabile della fornitura degli angoli di separazione necessari tra gli atomi.

Materiali polimerici

Struttura chimica del polietilene

Le strutture dei materiali polimerici sono prevalentemente amorfe. Questo perché i loro polimeri conformi sono macromolecole che difficilmente riescono ad essere ordinati periodicamente o ripetutamente.

Tuttavia, nei polimeri potrebbero esserci regioni relativamente ordinate, quindi alcune sono considerate semicristalinos. Ad esempio, il polietilene, il poliuretano e il polipropilene ad alta densità sono considerati polimeri semicristallini.

Materiali gerarchici

I materiali gerarchici sono di natura vitale e sostengono i corpi viventi. La scienza dei materiali è dedicata instancabilmente ai materiali mimetici, ma utilizzando altri componenti. Le sue strutture sono "disarmabili", a partire dalle parti più piccole al più grande, che sarebbe il supporto.

Ad esempio, un solido composto da diversi strati di spessore diverso o che ha cavità tubulari e concentriche occupate da atomi, sarà considerato di struttura gerarchica.

Riferimenti

1. SHIVER & ATKINS. (2008). Chimica inorganica. (Quarta edizione). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2020). Scienza dei materiali. Recuperato da: in.Wikipedia.org
3. Marc Ander Meyers e Krishan Kumar Chawla. (S.F.). Materiali: struttura, proprietà e prestazioni. [PDF]. Cambridge University Press. Recuperato da: attività.Cambridge.org
4. Università di Washington. (S.F.). Metals: strutture di metalli. Recuperati da: dipartimenti.Washington.Edu
5. Università del Tennessee. (S.F.). Capitolo 13: Struttura e proprietà della ceramica. [PDF]. Estratto da: web.utk.Edu