Reticolo cristallino Filare Piano atomico x y z Nodo

LO STATO METALLICO
Il termine metallico è correntemente usato con due significati diversi:
• quello chimico, che indica le proprietà di un certo elemento, per esempio la capacità di combinarsi con
l’ossigeno per dare un ossido. Ci si riferisce perciò a
proprietà che competono ai singoli atomi e che dipendono dalla loro configurazione elettronica (vedi il sistema periodico degli elementi);
• quello metallurgico, usato per caratterizzare certi materiali, cioè per descriverne alcune proprietà fisiche, dipendenti dall’aggregazione degli atomi: per esempio la
lucentezza, la conduttività elettrica, la duttilità, che sono
proprietà non attribuibili ad un singolo atomo.
Nei metalli l’aggregazione avviene fra atomi e non fra
molecole, attraverso un legame debole che coinvolge ogni
atomo dell’aggregato; perciò i legami tra i singoli atomi
non sono mai direzionali, come nel caso delle ceramiche,
ma delocalizzati, indipendentemente dallo stato fisico del
metallo (gassoso, liquido o solido - figura 1.06).
Allo stato liquido gli atomi sono in stretto contatto fra
loro, con forze interatomiche già cospicue, ma tali da lasciar loro un’ampia possibilità di movimento, soprattutto
vibrazionale e rotazionale. Possiamo rappresentare il modello atomico d’un metallo allo stato liquido con biglie che
riempiano completamente un cassetto sottoposto a forti vibrazioni. In tale situazione le biglie (atomi) vibrano, ruotano e si urtano energicamente, ma traslano lentamente, sebbene non siano vincolate, perché lo spazio libero fra loro è
minimo.
Nei metalli allo stato solido gli atomi, pur vibrando e
ruotando, secondo la temperatura, sono saldamente vincolati in posizioni spaziali ben definite, costantemente ripetute
nello spazio, e non possono traslare se non assai lentamente. In altri termini gli atomi dei metalli costituiscono un reticolo cristallino (figura 1.07).
Piano atomico
Nodo
z
GAS
y
Filare
x
LIQUIDO
Reticolo cristallino
SOLIDO
Figura 1.06. Rappresentazione schematica dei tre stati della materia.
Allo stato solido, che ci interessa maggiormente, il legame fra gli atomi avviene tramite gli elettroni di valenza di
ciascun atomo, cioè degli elettroni degli orbitali più esterni,
che sono messi in compartecipazione con quelli di tutti gli
altri atomi dell’intero aggregato. Dunque ogni atomo è legato debolmente al vicino, ma assai saldamente nell’intera
struttura, perché soggetto ad un elevatissimo numero di legami, seppur deboli.
Questo modello spiega con buona approssimazione molte
caratteristiche dei metalli allo stato solido, come la conduttività elettrica, resa possibile dalla delocalizzazione degli
elettroni di legame, o la duttilità, dovuta allo scorrimento di
blocchi di atomi, lungo particolari piani, reso possibile dai
deboli legami reciproci, senza che avvenga la rottura del
legame metallico complessivo.
Allo stato gassoso i metalli sono costituiti da singoli atomi relativamente distanti fra loro, cioè liberi di traslare
rapidamente, ruotare e vibrare energicamente (energia cinetica), con scarse interazioni reciproche, fatti salvi gli urti
elastici ed anelastici.
L’energia cinetica aumenta con la temperatura del gas,
mentre il numero e la forza degli urti aumentano con la
pressione e la temperatura del gas a volume costante.
Figura 1.07. Esempio di reticolo cristallino rappresentato dal reticolato di rette le cui intersezioni (nodi) rappresentano la posizione del baricentro dei singoli atomi o ioni.