Confronto tra i quattro tipi di solido

Diamante, ghiaccio secco, rame e sale da cucina hanno comportamenti agli antipodi: uno è durissimo e isolante, uno sublima evaporando, uno conduce e si piega, uno fonde solo fuso. Eppure bastano quattro modelli — covalente, molecolare, metallico, ionico — per spiegare e prevedere quasi tutte le proprietà di un solido. Imparare a riconoscere a quale tipo appartiene un materiale è una delle competenze più utili in chimica dello stato solido.

Vediamo, in sintesi e a confronto, i quattro tipi di solido: cosa li tiene insieme, come si comportano in fusione, durezza, conducibilità e solubilità, e come riconoscerli.

Quattro modi di tenere insieme un cristallo

I solidi cristallini coprono tutto lo spettro dei legami, dall’ionico al covalente, dal metallico alle forze di van der Waals. Spesso, nella realtà, in un materiale convivono più tipi di legame e i casi puri sono rari; ma i quattro modelli «ideali» restano la guida più efficace per capire come si comporta un solido. La differenza tra loro sta in chi occupa i nodi del reticolo e in quale forza li tiene insieme.

Cosa occupa i nodi del reticolo

Il primo modo di distinguere i quattro tipi è chiedersi che cosa sta nei punti del reticolo. Nei solidi ionici sono ioni positivi e negativi alternati; nei covalenti sono atomi uniti da legami direzionali estesi a tutto il cristallo; nei metallici sono cationi immersi in un mare di elettroni; nei molecolari sono molecole intere, tenute vicine da forze deboli. Da questa sola distinzione discendono tutte le proprietà che osserviamo.

ionico (ioni) · covalente (atomi, rete) · metallico (cationi + e⁻) · molecolare (molecole)

La tabella di confronto

Ecco le proprietà chiave dei quattro tipi di solido, messe a confronto.

Punto di fusione e durezza

Punto di fusione e durezza misurano quanto è forte ciò che tiene insieme il solido. I covalenti, con la loro rete continua di legami forti, hanno i valori più alti in assoluto. Gli ionici seguono, con valori tanto più alti quanto maggiore è l’energia reticolare (e quindi il prodotto delle cariche): l’ossido di magnesio fonde intorno ai 2800°C, il sale comune intorno agli 800°C. I metallici coprono un intervallo amplissimo, dalle leghe basso-fondenti ai metalli refrattari. I molecolari, infine, hanno sempre i punti di fusione più bassi, perché basta vincere le deboli forze tra le molecole.

Conducibilità: la prova del nove

La conducibilità è spesso il test più rapido per riconoscere il tipo di solido. Conduce da solido? È quasi certamente metallico (o la grafite). Non conduce da solido ma conduce fuso o disciolto? È ionico. Non conduce in nessuna condizione? È covalente o molecolare, e a distinguerli sono il punto di fusione e la durezza: altissimo e durissimo il covalente, basso e tenero il molecolare. Bastano queste poche osservazioni — conducibilità, punto di fusione, durezza, comportamento in acqua — per assegnare quasi sempre un solido al suo tipo.

Perché conta nella pratica

Saper classificare un solido nei quattro tipi è un riflesso utile ogni giorno: da poche proprietà osservabili — conducibilità, punto di fusione, durezza, solubilità — si risale al tipo di legame e, da lì, si prevedono altri comportamenti. È il punto di partenza per scegliere un materiale, interpretare un risultato di laboratorio o capire perché due sostanze simili si comportino in modo diverso. E ricordare che i casi reali spesso mescolano più tipi di legame evita l’errore di applicare i modelli in modo troppo rigido.

Domande frequenti

Quali sono i quattro tipi di solido?

Sono i solidi covalenti, molecolari, metallici e ionici. Si distinguono per ciò che occupa i nodi del reticolo — atomi in rete, molecole, cationi nel mare di elettroni, ioni di carica opposta — e per la forza che li tiene insieme: legame covalente, forze deboli intermolecolari, legame metallico, attrazione elettrostatica. Da queste differenze derivano punto di fusione, durezza, conducibilità e solubilità di ciascun tipo.

Quale tipo di solido ha il punto di fusione più alto?

I solidi covalenti, con la loro rete continua di legami forti estesa a tutto il cristallo, hanno i punti di fusione più alti in assoluto. Seguono i solidi ionici, tanto più alto-fondenti quanto maggiore è l’energia reticolare. I metallici coprono un intervallo molto ampio, mentre i molecolari hanno sempre i valori più bassi, perché basta vincere le deboli forze tra le molecole.

Come si riconosce il tipo di solido dalla conducibilità?

Se conduce corrente allo stato solido è quasi certamente metallico (o la grafite). Se non conduce da solido ma conduce fuso o disciolto in acqua è ionico, perché solo allora gli ioni sono liberi di muoversi. Se non conduce in nessuna condizione è covalente o molecolare; a distinguerli sono il punto di fusione e la durezza, altissimi nel covalente, bassi nel molecolare.

Perché i solidi ionici si sciolgono in acqua e i covalenti no?

Perché l’acqua, molecola polare, riesce a separare gli ioni di un cristallo ionico circondandoli e idratandoli, vincendo l’attrazione elettrostatica. Nei solidi covalenti, invece, gli atomi sono uniti da legami forti estesi a tutto il cristallo, che l’acqua non riesce a rompere: per questo sono insolubili. I solidi molecolari si sciolgono o meno a seconda della polarità, secondo la regola del «simile scioglie il simile».

Un solido appartiene sempre a un solo tipo?

No: i casi puri sono rari e nella realtà molti materiali mescolano più tipi di legame. La grafite, per esempio, è covalente ma conduce, e diversi ossidi hanno comportamento metallico pur contenendo legami ionici. I quattro modelli vanno usati come punti di riferimento per interpretare le proprietà, non come categorie rigide: il comportamento reale nasce spesso da una combinazione di tipi di legame.