I composti ionici non sono insoliti nell’essere fragili
La tua assunzione iniziale che i composti ionici sono spesso fragili è fuorviante. Molti, se non la maggior parte dei solidi sono fragili, ionici o no.
Le ragioni per cui le cose sono fragili hanno più a che fare con la struttura di massa del materiale e meno con la composizione chimica del materiale.
Il sale da cucina è un composto ionico ed è fragile. Ma anche il diamante è fragile nonostante sia un solido molecolare dove tutti i legami carbonio-carbonio sono covalenti. Ma il ferro forgiato è forte e tutt’altro che fragile. Il rame puro è morbido e malleabile e non fragile. Il nylon e il kevlar sono l’opposto del fragile.
La forza è più o meno indipendente dall’essere fragile o meno e, definita correttamente, è una misura della capacità di resistere alla deformazione. Ma questa è quasi estranea alla fragilità. Il vetro è molto forte ma, come il sale, molto fragile, motivo per cui far cadere il telefono su superfici dure è una cattiva idea.
La durezza è un termine migliore per indicare il contrario della fragilità. I composti duri possono deformarsi senza frantumarsi. Il nylon è debole ma resistente, il kevlar è forte ma resistente, il ferro forgiato è anche forte e resistente. Ma la ghisa è forte ma fragile, fornendo un indizio che la chimica generale non è tutto.
Quello che effettivamente rende i composti resistenti è la capacità di mitigare lo stress esterno nella struttura molecolare del materiale. In molti polimeri, i legami nelle lunghe catene polimeriche possono ruotare e riorganizzarsi per alleviare lo stress. In alcuni metalli (ferro forgiato ma non ghisa) la struttura cristallina del metallo contiene difetti che possono muoversi e riorganizzarsi per alleviare le concentrazioni di stress. Al contrario, il vetro e il sale da cucina non possono farlo e anche piccoli graffi superficiali concentrano lo stress e crescono rapidamente causando la frantumazione del composto. Mancano di un meccanismo molecolare per mitigare le concentrazioni di stress causate da piccole crepe. Questo può essere parzialmente superato da trattamenti più complessi della superficie del composto. Il vetro “forte” (come il vetro Gorilla usato per gli schermi dei cellulari) usa un processo che tratta il vetro per creare tensione nella superficie. Questa tensione minimizza le concentrazioni di stress da piccoli graffi superficiali e rende il vetro risultante molto più forte (questo è talvolta ottenuto aggiungendo deliberatamente ioni alla superficie del vetro).
La durezza è un prodotto del materiale bulk, non del tipo di legame delle molecole o degli atomi che lo compongono.
In sintesi, la fragilità non è una proprietà unicamente associata ai composti ionici. La maggior parte dei cristalli sono fragili. Quei composti che non sono fragili non si distinguono per il tipo di legame coinvolto ma per meccanismi complessi che possono alleviare la concentrazione di stress nel composto bulk. Quindi molti cristalli covalenti sono fragili, non solo quelli ionici. Alcuni metalli sono fragili, anche se molti non lo sono.