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Amorfo

Cosa si intende per stato amorfo di una sostanza?

Per amorfo si intende lo stato di una sostanza che investita di raggi X non forma figure di diffrazione corrispondenti a reticoli cristallini.

Sono quindi amorfe tutte quelle sostanze le cui molecole non presentano una struttura ordinata e periodica tipica dei cristalli.  

In un solido amorfo non c'è quindi ordine nella posizione degli atomi o delle molecole che lo costitutiscono.

I materiali amorfi sono spesso preparati tramite raffreddando veloce del materiale fuso.

Il raffreddamento veloce riduce la mobilità delle molecole che costituiscono il materiale prima che queste possano stabilizzarsi termodinamicamente in una condizione ordinata.

Lo stato amorfo in natura

Lo stato amorfo che è relativamente poco frequente in natura è considerato uno stato intermedio tra quello solido e quello liquido.

Un tipico esempio di stato amorfo è lo stato vetroso caratteristico del vetro e di altri liquidi ad altissima viscosità.

Il vetro è sicuramente il materiale amorfo più comune tant'è che lo stato amorfo viene detto anche "stato vetroso".

struttura amorfa del vetro

Struttura amorfa del vetro

Altri esempi di sostanze amorfe sono alcuni tipi di resine sintetiche.

Un solido amorfo ha una disposizione degli atomi che è molto simile a quella presente in un liquido. Ciò porta spesso ed erroneamente a definire i solidi amorfi come liquidi ad altissima  viscosità.

Infatti, se da un punto di vista dell'ordine termodinamico lo stato amorfo è equivalente allo stato liquido, da un punto di vista meccanico i vetri sono dei solidi a tutti gli effetti: è pertanto errata l'idea che un oggetto di vetro, anche se in tempi molto lunghi, possa deformarsi colando.

Caratteristiche dello stato amorfo

Vengono elencate di seguito le principali caratteristiche dello stato amorfo:

  • Le struttura amorfe sono strutture metastabili che si possono trasformare in strutture cristalline solo in determinate condizioni termodinamiche e cinetiche.
  • Le struttura amorfe hanno proprietà isotrope, ovvero le loro proprietà fisiche non dipendono dalla direzione in cui si analizza il campione.
  • La fusione di un solido amorfo non avviene a temperatura costante in quanto i legami presenti nel solido non si rompono tutti alla stessa temperatura.
  • Rispetto ai liquidi hanno atomi più vicini e un minor volume libero.
  • All'aumentare della temperatura la viscosità dei solidi amorfi decresce in modo esponenziale.
  • viscosità solidi amorfi vs temperatura

    Andamento della viscosità di un solido amorfo al variare della temperatura

  • A causa dell'assenza di ordine a lungo raggio, i solidi amorfi presentano una diffrazione ai raggi X priva di picchi.

diffrazione raggi x di un vetro

Diffrazione ai raggi X di un vetro.

Riassumendo

Esistono sostanze che dal punto di vista della incompressibilità e della rigidità potrebbero essere definiti solidi, ma che non lo sono perché prive di netta struttura cristallina; esse sono chiamate solidi amorfi ed in questi non esiste una distribuzione geometrica regolare delle particelle nello spazio.

Poiché i comuni vetri sono la classe più nota di questi solidi amorfi, si indica questo stato della materia anche col nome di stato vetroso.

In un vetro gli atomi formano una rete tridimensionale che manca di simmetria e che ha un contenuto di energia maggiore che se la struttura fosse cristallina: lo stato vetroso è perciò uno stato metastabile, non di equilibrio.

I solidi hanno temperature di fusione esattamente definite (i legami chimici che si rompono nella fusione hanno tutti uguale energia) ; i vetri invece, per riscaldamento, prima rammolliscono e poi passano gradualmente allo stato liquido (non avendo tutti i legami uguale energia, si rompono prima i più deboli e poi, via via, i più forti).

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