Solide cristaline, vitroase si amorfe

Substante cristaline

Trecerea in stare solida se poate face direct din starea de vapori – desublimare sau din starea lichida – cristalizarea din solutie sau din topitura.
Cristalizarea substantelor cristaline pure se produce in faze:
- germinarea, care consta in aparitia unor volume foarte mici de faza solida din faza lichida, numiti germeni sau centri de cristalizare
- cresterea cristalelor, care are loc pana atingerea limitei altor cristale sau epuizarea substantei cristaline din faza lichida
In cazul cristalizarii din topitura aceasta se produce la o temperatura numita temperatura de cristalizare, care ramane constanta de la aparitia primului cristal si pana la disparitia ultimei picaturi de topitura.
In cazul cristalizarii din solutii, aceasta se produce la atingerea unei limite de solubilitate, ce va fi tratata in capitolul dedicat sistemelor disperse.
Dimensiunea cristalelor este functie de viteza de racire in cazul cristalizarii din topitura: la racirea rapida se formeaza un numar mare de germeni de cristalizare, avand ca rezultat formarea unor cristale relativ mici.
In cazul turnarii lingourilor metalice, in zona marginala apar cristale mici datorita vitezei mari de racire in zona peretilor.
Zona intermediara se numeste zona columnara si este caracterizata de existenta cristalelor dezvoltate in directia gradientului de temperatura.
In mijlocul lingoului se gaseste zona cristalelor centrale cu cristale mari, bine dezvoltate.

Solide amorfe

Solidele amorfe sunt caracterizate de asezarea complet dezordonata a particulelor constituiente.
Se obtin prin condensarea vaporilor, nu pot trece in mod normal in stare cristalina si sunt caracterizate de o mare reactivitate datorita incarcarii energetice mari, rezultat al departarii de starea de echilibru caracteristica solidului cristalin.
Astfel, daca nisipul cuartos este inert sau reactioneaza foarte greu la temperatura camerei cu Ca(OH)2, silicea ultrafina, un material amorf rezultat prin condensarea vaporilor de SiO2 din cuptoarele utilizate la obtinerea ferosiliciului, reactioneaza relativ usor cu acesta, motiv pentru care folosita in betoane pentru reducerea permeabilitatii acestora.

Diagrama cristalin-vitros-amorf

Solide vitroase

Solidele vitroase sau sticloase prezinta un anumit grad de ordonare a particulelor constituiente si pot trece in timp in stare cristalina, fenomen numit devitrifiere.
Starea vitroasa se obtine prin racirea suficient de rapida a topiturilor unor substante. in cazul SiO2.

Cuartul cristalin are o structura care proiectata in plan pare hexagonala, in timp ce sticla de cuart prezinta o structura asemanatoare dar mult deformata. Sticla obisnuita contine lanturi de SiO2 intrerupte de ioni pozitivi numiti modificatori de retea. Rolul acestor cationi Na, K, Ca este de a micsora vascozitatea topiturii, prin intreruperea lanturilor silicatice, precum si de a micsora temperatura de topire.

Proprietati

Proprietatile substantelor vitroase:

• curbe de racire continue, fara palier;
• prezinta fenomenul de inmuiere: la cresterea temperaturii sticlele se inmoaie, cand vascozitatea devine =10exp12Ns/m2 si curg la punctul de curgere cand =10exp8Ns/m2. In fapt, solidele vitroase pot fi privite ca niste topituri subracite (racite sub temperatura de topire) care au o vascozitate enorma ce le imprima un caracter de corp aparent solid.
• solidele vitroase sunt mai reactive decat cele cristaline, atomii aflandu-se in pozitii diferite de cea de echilibru, cu incarcatura energetica minima; drept urmare exista o tendinta de a reveni la starea cristalina (devitrifiere) sau de a trece in alte combinatii prin reactii chimice. Zgura de furnal macinata se intareste in prezenta unei solutii alcaline; aceeasi zgura incalzita pentru favorizarea devitrifierii nu mai prezinta proprietati liante dupa racire si macinare.
• izotropie, datorita aranjamentului dezordonat al atomilor.