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Capitolo
2
Lo stato solido e lo stato gassoso
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2.4.1
Le strutture dei solidi metallici
Le strutture dei cristalli di molti metalli sono semplici abbastanza da poter
essere generate posizionando un singolo atomo in ogni punto reticolare. I
metalli con una struttura cubica primitiva sono rari, uno dei pochi esempi è
l’elemento radioattivo polonio. I metalli a corpo centrato includono il ferro, il
cromo, il sodio, e il tungsteno. Esempi di metalli cubici a facce centrate sono
l’alluminio, il piombo, il rame, l’argento e l’oro.
Gli atomi negli angoli e sulle facce della cella elementare non appartengono
totalmente alla cella elementare stessa. Gli atomi agli angoli e sulle facce sono
condivisi con le celle elementari confinanti. Poiché un cubo ha otto angoli,
ogni cella elementare cubica primitiva contiene (1/8) × 8 = 1 atomo. In modo
simile, ogni cella elementare a corpo centrato contiene due atomi, (1/8) × 8 =
1 agli angoli e 1 al centro della cella elementare. Gli atomi che si trovano sulla
faccia della cella elementare, come ad esempio in un metallo cubico a facce
centrate, sono condivisi da due celle elementari in modo che solo mezzo ato-
mo appartiene a ogni cella elementare. Perciò, una cella elementare cubica a
facce centrate contiene quattro atomi, (1/8) × 8 = 1 atomo agli angoli e (1/2)
× 6 = 3 atomi alle facce.
2.4.2
Impaccamento compatto
Poiché gli atomi sono oggetti sferici, possiamo capire le strutture dei metalli
considerando come si impaccano le sfere. Il modo più efficiente per impaccare
uno strato di sfere di uguale dimensione è circondare ogni sfera con sei sfere,
come mostrato in Figura 2.5. Per formare una struttura tridimensionale, abbia-
mo bisogno di impilare degli strati aggiuntivi al di sopra dello strato di base.
Per massimizzare l’efficienza dell’impaccamento, il secondo strato di sfere si
deve posizionare sui solchi formati dalle sfere del primo strato. Se partiamo
posizionando un atomo in un solco chiamato b1, le sfere rimanenti riempi-
ranno tutti i solchi contrassegnati dai puntini gialli. Se dovessimo riempire per
primo il solco contrassegnato con c1, tutti i solchi contrassegnati con i puntini
rossi sarebbero riempiti.
È importante capire che le sfere sono troppo grosse perché riempiano
simultaneamente entrambi i set di solchi. Per semplificare la discussione
arbitrariamente posizioneremo il secondo strato nei solchi contrassegnati dai
puntini gialli.
Per il terzo strato, abbiamo due possibilità di posizionamento delle sfere.
Una è quella di mettere il terzo strato in corrispondenza dei solchi che giac-
ciono direttamente sopra le sfere del primo strato. Questo viene mostrato
nella parte sinistra della Figura 2.5, ed evidenziato dalle linee tratteggiate nella
visione laterale. Continuando in questa maniera, il quarto livello si troverebbe
direttamente in corrispondenza delle sfere del secondo strato, portando all’im-
pilamento ABAB mostrato a sinistra. Questo tipo di impilamento viene chia-
mato
impaccamento
esagonale
compatto
(in inglese, hcp). Alternativamente,