Sintesi e caratterizzazione elettrochimica di fosfati di zirconio funzionalizzati e loro impiego in membrane ibride a conduzione protonica

CAPITOLO 1 INTRODUZIONE  
 
 
 
Sintesi e caratterizzazione di membrane ibride a conduzione protonica 
7
che si incontrano nella progettazione di macchine termiche funzionanti a temperature sempre 
più elevate. 
Dal punto di vista ambientale i miglioramenti apportati ai sistemi di conversione dell’energia 
termica sono stati positivi nei termini di una minore immissione di prodotti di reazione nocivi 
dovuta alla aumentata resa nella trasformazione a parità di energia utile ottenuta. 
Parallelamente però l’utilizzo di temperature e pressioni più elevate negli attuali convertitori 
ha determinato l’insorgere di un diverso tipo di inquinamento dovuto ai diversi prodotti nocivi 
di reazione (ossidi di azoto , sostanze aromatiche policicliche , ecc.) che vengono a prodursi 
in fase di combustione a causa delle elevate temperature d’esercizio. Questo tipo di 
inquinamento particolarmente pericoloso per la nostra salute , oltre che per l’ambiente in 
generale , è notevolmente attuale e diffuso nelle moderne metropoli , dove viene prodotto in 
ingenti quantità dalle automobili e dalle industrie. Sono state escogitate numerose soluzioni 
tecnologiche per affrontare questo problema quali marmitte catalitiche e sensori atti a 
determinare la stechiometria delle reazioni che avvengono nei motori (sonda lambda) in modo 
da poterla correggere e migliorare . Sembra che comunque una soluzione semplice e 
definitiva di questo problema sia ancora lontana. 
Un ulteriore problema legato allo sfruttamento sempre più massiccio delle fonti energetiche 
fossili , quali il petrolio , il gas naturale , il carbone  , è il riscaldamento eccessivo del pianeta 
in seguito al fenomeno “effetto serra”. Tale fenomeno sembra dovuto all’eccessiva 
immissione in atmosfera di anidride carbonica derivante dall’utilizzo di tali combustibili.  
Alla luce di queste problematiche in passato sono state cercate nuove fonti energetiche diverse 
da quelle fossili , nella speranza di ottenere energia a buon mercato e soprattutto esenti dalle 
problematiche legate alle fonti energetiche fino ad allora utilizzate. Una di queste è senza 
dubbio stata quella nucleare che sembrava offrire la possibilità di ottenere grandi quantità di 
energia ad un prezzo competitivo. Tale forma di energia sembrava inoltre essere priva o quasi 
di effetti dannosi per l’ambiente producendo piccole quantità di scorie radioattive di reazione 
che si riteneva potessero essere facilmente neutralizzate e smaltite senza compromettere 
l’ambiente circostante. 
Purtroppo gli svantaggi derivanti da questa nuova fonte energetica si sono resi quasi subito 
evidenti e particolarmente pericolosi in seguito ad incidenti quali quello di Cernobyl ed alle 
difficoltà generalmente riscontrate dai vari Stati nello smaltimento delle scorie di reazione 
prodotte . A seguito di questi fatti l’impiego diffuso e generalizzato di tale forma energetica è 
CAPITOLO 1 INTRODUZIONE  
 
 
 
Sintesi e caratterizzazione di membrane ibride a conduzione protonica 
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stato ben presto messo in discussione e tuttora esiste un acceso dibattito sulla sua convenienza 
rispetto alle altre forme tradizionali di energia. 
1.2 FONTI ENERGETICHE ALTERNATIVE E CELLE A 
COMBUSTIBILE 
Negli ultimi anni l’attenzione si e spostata verso le così dette fonti energetiche rinnovabili. 
Con questo termine si indica comunemente l’energia derivante dal sole , sia in modo diretto ( 
pannelli solari ) che indiretto (vento , biomasse ) , oltre che quella derivante dalle maree o dal 
calore del sottosuolo (energia geotermica). In ogni caso tutte queste fonti energetiche 
differiscono da quelle definite non rinnovabili per il fatto che queste ultime ( ex. Petrolio , 
carbone) sono state prodotte ed accumulate in tempi lunghissimi ( ere geologiche ) ed una 
volta esaurite non possono essere rigenerate in modo rapido , come accade invece nel caso 
delle fonti energetiche rinnovabili. Un utilizzo sempre più diffuso di queste fonti alternative 
potrebbe risolvere il sempre più attuale problema dell’approvvigionamento energetico di una 
società in continuo sviluppo come la nostra , a patto di investire in questo settore sempre 
maggiori fondi  e tempo. Chiaramente una transizione dalla attuale situazione energetica , 
all’utilizzo di energie pulite non potrà essere immediata , ma probabilmente potrà avvenire in 
modo graduale ed in particolare potrebbe essere attuata passando per soluzioni intermedie che 
presentino maggiori vantaggi rispetto alla attuale situazione.  
Una promettente tecnologia che permette di elevare notevolmente la resa di conversione 
energetica partendo dall’energia chimica contenuta in alcuni combustibili è quella delle celle 
a combustibile. Attualmente è possibile impiegare per questi dispositivi solo idrogeno , ma 
l’intenzione è quella di costruirne modelli in grado di utilizzare metanolo , che può essere 
prodotto dai combustibili fossili , o direttamente alcuni tipi di idrocarburi. 
Nelle celle a combustibile si realizza, contrariamente a quanto avviene nei sistemi a 
combustione interna , la trasformazione diretta di energia chimica in elettrica in modo analogo 
a quanto avviene nelle comuni batterie, mediante reazioni a temperatura e pressione costante. 
Contrariamente dunque a quanto accade nelle macchine termiche convenzionali per la 
produzione di energia elettrica le celle a combustibile sono basate su reazioni elettrochimiche 
invece che su processi termo fluido dinamici . Questo tipo di reazioni non coinvolge il 
passaggio attraverso il calore come forma intermedia di energia , come accade nella 
conversione energia chimica – calore - lavoro caratteristica dello sfruttamento della reazione 
CAPITOLO 1 INTRODUZIONE  
 
 
 
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di combustione , e pertanto ci si trova svincolati dalle limitazioni sui rendimenti legati al 
secondo principio della termodinamica. In una cella a combustibile, il combustibile gassoso è 
alimentato con continuità al comparto anodico ossia all'elettrodo negativo, dove avviene 
l'ossidazione e la produzione di elettroni, mentre il comburente (ad es. aria) può essere 
rifornito al catodo ossia all'elettrodo positivo, dove avviene la riduzione dell'ossigeno con gli 
elettroni provenienti da un circuito esterno (utenza) collegato con l'anodo. La reazione 
chimica avviene mediante scambio di ioni attraverso un elettrolita solido conduttore ionico 
che assicura il flusso ionico selettivo tra gli elettrodi. Le celle a combustibile contrariamente 
alle comuni pile  , le quali producono energia elettrica in quantità determinata dall'ammontare 
dei reagenti chimici immagazzinati all’interno, sono dei sistemi statici di conversione 
dell'energia che possono almeno teoricamente produrre energia finché gli elettrodi sono 
alimentati da combustibili e comburente. Solo un progressivo deterioramento o un 
malfunzionamento dei componenti e dei materiali costituenti possono porre un limite alla loro 
vita utile. 
L’efficienza di una cella a combustibile è data dal rapporto fra la variazione di energia libera 
∆G e di entalpia ∆H della reazione di ossidoriduzione. Poiché per la maggior parte delle 
reazioni la variazione di entropia (∆S) è negativa , il rapporto ∆G/∆H = 1 - T∆S/∆H vale 1 a T 
= 0 e decresce all’aumentare della temperatura essendo ∆H < 0. Pertanto, da un punto di vista 
strettamente termodinamico, le celle a combustibile dovrebbero lavorare a temperature il più 
basse possibili. 
I due maggiori punti di forza della tecnologia delle celle a combustibile sono dunque 
essenzialmente la maggiore resa nella trasformazione dell’energia chimica (fino al 70 % ) e la 
totale assenza di prodotti secondari inquinanti nel caso di utilizzo di idrogeno. Anche nelle 
nuove generazioni di celle progettate per utilizzare combustibili più complessi dell’idrogeno 
quali metanolo , metano ed altri idrocarburi leggeri , le emissioni si limitano ai soli H
2
O e 
CO
2
 e non presentano tracce di altri inquinanti . La temperatura di funzionamento è tuttavia 
limitata dalla cinetica delle reazioni elettrodiche e quindi dal tipo di elettrodo catalizzante. 
CAPITOLO 1 INTRODUZIONE  
 
 
 
Sintesi e caratterizzazione di membrane ibride a conduzione protonica 
10
H
+
H
2
H
2
O
2
H
2
O
O
2
-
+
e
-
H
2
O
H
+
+e
-
Elettrodi in platino
Membrana 
polimerica 
conduttrice ionica
Comparto anodico
Comparto catodico
T=80-100 
o
C
 
Figura 1-1 Esempio schematico di cella a combustibile basata sul combustibile idrogeno. 
Volendo classificare gli attuali tipi di cella a combustibile esistenti , Il metodo più diffuso si 
basa sul tipo di elettrolita utilizzato. Le proprietà dell'elettrolita condizionano infatti le 
principali caratteristiche delle celle quali: 
- il tipo di purezza del combustibile da utilizzare; 
- la temperatura di funzionamento della cella; 
- il rendimento di conversione dell'energia da chimica ad elettrica; 
- la temperatura a cui rendono disponibile l'energia termica eccedente  
   sviluppatasi nel processo di conversione utilizzabile per altri scopi. 
In base a tale metodologia di classificazione sono state allo stato attuale realizzate o ipotizzate 
le seguenti tipologie di celle [1-2]: 
1.2.1 Celle ad elettrolita polimerico 
Le celle ad elettrolita polimerico note come SPFC (Solid Polymer Fuel Cell) , operano a 
temperature molto basse, comprese fra 70°C ed 100°C ed  utilizzano come elettrolita una 
membrana polimerica perfluorurata contenente gruppi acidi SO
3
H che protonano l’H
2
O 
presente nella struttura del polimero ed assicurano una conduzione di tipo protonico (Nafion). 
Gli elettrodi sono invece costituiti da strutture porose a base di carbone, su cui è disperso un 
catalizzatore costituito da platino e sue leghe. Le principali caratteristiche delle SPFC sono: 
- il combustibile utilizzato è generalmente l’idrogeno; 
- rapidità di partenza a freddo (qualche minuto); 
- elevata densità di potenza (>1 kW/dm3); 
- assenza di problemi di corrosione, tipici di altre celle a liquido; 
CAPITOLO 1 INTRODUZIONE  
 
 
 
Sintesi e caratterizzazione di membrane ibride a conduzione protonica 
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- semplicità costruttiva. 
Queste celle sono particolarmente interessanti per la realizzazione di sistemi per la trazione 
elettrica e apparecchi che richiedono piccoli ingombri e potenze limitate (cellulari , portatili , 
ecc) . 
1.2.2 Celle ad acido fosforico 
Le celle ad acido fosforico note come PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell) operano ad una 
temperatura di circa 200°C con un elettrolita costituito da una soluzione concentrata di acido 
fosforico. 
Gli impianti basati su tali celle possono raggiungere rendimenti di produzione di energia 
elettrica ben superiori al 40%, essi inoltre rendono disponibile buona parte del calore prodotto 
nel processo per la produzione di vapore e/o acqua calda ad una temperatura di circa 90°C, 
utilizzabili per applicazioni cogenerative (turbine).I tempi necessari per l'avviamento delle 
celle PAFC sono maggiori rispetto alle celle a polimeri. Questo tipo di celle a combustibile è 
indicato per la produzione di energia per abitazioni o piccole aziende. 
1.2.3 Celle a carbonati fusi 
Le celle a carbonati fusi, note come MCFC (Molten Carbonate Fuel Cells), sono caratterizzate 
da elevate temperature di funzionamento (600-700°C) ed utilizzano un elettrolita costituito da 
una soluzione di carbonati alcalini contenuti in una matrice di ceramica. Gli elettrodi utilizzati 
in tali celle sono a base di nichel ed in particolare l'anodo è costituito da lega nichel cromo 
mentre il catodo da ossido di nichel litiato. L'alta temperatura di funzionamento di queste 
celle presenta alcuni vantaggi quali: 
- maggiore flessibilità di utilizzo dei combustibili, potendo alimentare la cella direttamente 
con gas naturale o distillati leggeri (es. GPL) senza un pre trattamento esterno di reforming 
del combustibile; 
- cinetiche delle reazioni chimiche molto più veloci, che consentono di eliminare la presenza 
di metalli preziosi (es. platino) come catalizzatori,con conseguente abbattimento dei costi; 
- disponibilità di energia termica di scarto ad elevata temperatura idonea per la cogenerazione 
industriale tramite sistemi termodinamici; 
- possibilità di raggiungere rendimenti di produzione di energia elettrica con cicli combinati a 
vapore o a gas che possono superare il 65%. 
CAPITOLO 1 INTRODUZIONE  
 
 
 
Sintesi e caratterizzazione di membrane ibride a conduzione protonica 
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Queste celle sono quindi in particolar modo idonee per applicazioni industriali 
di cogenerazione e per impianti di produzione energia elettrica. 
1.2.4 Celle ad ossidi solidi 
Le celle a combustibile ad ossidi solidi, note come SOFC (Solid Oxide Fuel Cells), il cui 
elettrolita è costituito da un ossido metallico non poroso (ossido di zirconio drogato con 
Ittrio), sono caratterizzate da elevatissime temperature di funzionamento ed in particolare 
comprese fra i 700°C ed i 1000°C . Gli elettrodi sono invece tipicamente costituiti da ossido 
di zirconio al cobalto o nichel per l'anodo e manganito di lantanio drogato con stronzio per il 
catodo. Le temperature particolarmente elevate di funzionamento, se da un lato rendono più 
sofisticate e costose le tecnologie di produzione, dall'altro rendono tali celle estremamente 
interessanti per i rendimenti elevatissimi di produzione di energia elettrica in cicli combinati 
(sino al 70%) e per applicazioni cogenerative industriali. Esse inoltre presentano i vantaggi 
già elencati per le celle MCFC quali la flessibilità di uso dei combustibili senza reforming 
esterno ed inoltre hanno una elevata tolleranza alle impurità nel combustibile. 
O
=
Idrocarburi
O
2
O
2
-
+
e
-
Comparto anodico
Comparto catodico
T=800 -1000 
o
C
C
n
H
2n
O
=
- 2 e
-
H
2
O+CO
2
H
2
O+CO
2
Conduttore a ioni 
ossido ( Zr
1-x
Y
x
O
2-x 
)
Figu
ra 1-2 Esempio schematico di cella ad alta temperatura basata su un conduttore a ioni ossido. 
1.2.5 Celle di terza generazione 
Le celle a combustibile basate su polimeri e funzionanti ad idrogeno sono attualmente le 
migliori candidate alla realizzazione di automobili elettriche di nuova generazione. Il 
maggiore limite di questo tipo di cella è la necessità di un tipo di idrogeno particolarmente 
puro e soprattutto privo di tracce di gas monossido di carbonio (CO). Questo gas infatti forma 
CAPITOLO 1 INTRODUZIONE  
 
 
 
Sintesi e caratterizzazione di membrane ibride a conduzione protonica 
13
complessi di coordinazione con il platino presente negli elettrodi catalitici della cella, 
compromettendo rapidamente l’integrità di quest’ultima. Questa limitazione è molto pesante 
perché nella ipotesi di una diffusione di questo tipo di trasporto l’idrogeno dovrebbe essere , 
almeno nelle fasi iniziali , prodotto per reforming  dal petrolio o suoi derivati con una purezza 
elevata. 
Chiaramente questo problema determina un notevole innalzamento della complessità 
tecnologica nella produzione di idrogeno purificato .  
Parallelamente all’idrogeno è stata presa inoltre in considerazione l’ipotesi di utilizzare il 
metanolo quale nuovo mezzo di accumulo e trasporto dell’energia. Questo combustibile 
infatti non presenta le difficoltà di trasporto dell’idrogeno e può essere generato oltre che 
partendo da vari combustibili fossili anche per distillazione di fermentati di materiale 
organico  risultando in questo caso un combustibile del tutto rinnovabile . Il metanolo può 
essere poi convertito in idrogeno in loco mediante reforming effettuato a monte della cella 
stessa , o utilizzato direttamente dalla cella nel caso in cui le caratteristiche del polimero e dei 
catalizzatori di quest’ultima lo permettano. In ogni caso un idrogeno così prodotto 
presenterebbe tracce di monossido di carbonio e sarebbe dunque necessaria una sua 
purificazione. Dunque produrre un nuovo tipo di cella che presenti i vantaggi delle celle a 
polimeri e contemporaneamente permetta l’utilizzo di idrogeno impuro significherebbe 
semplificare notevolmente la progettazione dei sistemi di trasporto , accumulo ed utilizzo 
dell’energia. 
Una possibile soluzione del problema sembra essere la possibilità di evitare la complessazione 
dei catalizzatori elevando le temperature d’esercizio delle celle fino a valori di temperatura di 
140-160 
o
C , sfruttando la termolabilità di tali complessi. A queste temperature la cinetica 
delle reazioni elettrochimiche in gioco è notevolmente aumentata ed è possibile l’utilizzo di 
catalizzatori basati su leghe di metalli nobili , anziché metalli puri , abbattendo ulteriormente i 
costi di produzione di questi dispositivi.  
A questo punto il problema principale legato alla realizzazione di celle a combustibile 
funzionanti a queste temperature è rappresentato dalla inadeguatezza degli attuali polimeri 
conduttori protonici. Essi infatti tendono rapidamente a deteriorarsi e/o a perdere stabilità 
meccanica a causa delle temperature e delle pressioni troppo elevate in gioco. 
CAPITOLO 1 INTRODUZIONE  
 
 
 
Sintesi e caratterizzazione di membrane ibride a conduzione protonica 
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1.2.6 Scopo del presente lavoro di tesi 
È in questo scenario che entrano in gioco le celle a combustibile di terza generazione , 
studiate nel nostro laboratorio e basate su materiali polimerici ibridi contenenti materiali 
inorganici , anch’essi conduttori protonici , inseriti nel polimero allo scopo di aumentarne la 
stabilità termica e meccanica oltre che la conducibilità protonica. 
Il tipo di membrana ibrida attualmente studiata nel nostro laboratorio è basato su di un 
polimero conduttore protonico formato da anelli benzenici solfonati legati alternativamente da 
legami etere e chetonici detto S-PEK (Sulfonated Poly Ether Kethone). Nella figura 
sottostante è riportata una rappresentazione schematica della unità elementare ripetitiva di tale 
polimero. 
n
OH
O
O
S
O
O
 
Figura 1-3 Struttura chimica dell'unità ripetitiva del polimero PEK 
All’interno di tale polimero viene inserito un fosfato – solfo fenil fosfonato di zirconio che , 
in base alla nostra sintesi , si presenta prevalentemente amorfo , ma che , come verrà discusso 
nel proseguo del presente lavoro di tesi , presenta alcune delle caratteristiche strutturali simili 
a quelle degli alfa-fosfati-solfo-fenil-fosfonati di zirconio cristallini. Questo ultimo materiale 
che è già stato ben studiato nel nostro laboratorio in numerosi precedenti lavori [1-3] presenta 
anch’esso la possibilità di fungere da conduttore protonico  , oltre che possedere una 
resistenza termica notevole fino a temperature dell’ordine dei 150 – 180 
o
C. 
CAPITOLO 1 INTRODUZIONE  
 
 
 
Sintesi e caratterizzazione di membrane ibride a conduzione protonica 
15
 
Figura 1-4 Struttura chimica dell’alfa fosfato di zirconio con il 50 % dei gruppi O
3
POH sostituiti con gruppi iper 
acidi ( - C
6
H
4
 – SO
3
H) che ne elevano notevolmente la conducibilità. Sono visibili due strati e la zona interstrato 
nella quale si affacciano i gruppi OH e solfo fenil fosfonici. 
L’idea alla base della sintesi di membrane ibride , è la possibilità di aumentare la resistenza 
meccanica di queste ultime  , oltre che la loro conducibilità , inserendo microscopiche 
particelle di  materiale inorganico nel polimero . Le interazioni chimico-fisiche che vengono 
ad instaurarsi tra il polimero e gli strati dell’inorganico danno una maggiore compattezza al 
polimero. Un altro aspetto importante di questo tipo di membrane è legato alla loro eventuale 
utilizzazione in celle a combustibile funzionanti direttamente a metanolo. In questo caso 
infatti le particelle di materiale inorganico inserite nel polimero  svolgono la molteplice 
funzione di rinforzare il polimero , limitare notevolmente la permeabilità del metanolo 
attraverso la membrana stessa e migliorare la conducibilità protonica globale della membrana. 
 
H
+
H
+
H
+ H
+
H
+
H
+
CH
3
OH CH
3
OH CH
3
OHCH
3
OH
CO
CO
CO
CO
CH
3
OH CH
3
OH
CH
3
OH
O
2
O
2
O
2 O
2
OH
2
OH
2
OH
2
OH
2
++
--
 
Figura 1-5 Rappresentazione schematica delle due funzioni svolte dal fosfato di zirconio alfa lamellare 
all’interno del polimero PEK. A sinistra è evidenziate la possibilità di interazione di tipo wan deer waals oltre 
che ionico tra il polimero e il materiale inorganico. A destra è schematizzata la possibilità delle lamelle 
CAPITOLO 1 INTRODUZIONE  
 
 
 
Sintesi e caratterizzazione di membrane ibride a conduzione protonica 
16
dell’inorganico di interferire con la diffusione del combustibile Metanolo attraverso la membrana  pur non 
interferendo con la conducibilità protonica complessiva della membrana in virtù della possibilità di contribuirvi 
con la propria. 
Nel mio lavoro di tesi mi sono occupato di sintetizzare una serie di fosfati di zirconio 
lamellari con struttura amorfa in cui una parte dei gruppi fosfato sono stati sostituiti con 
gruppi solfo fenil fosfonato. In base alle caratteristiche dei materiali ottenuti nelle prime 
sintesi  ed in base a considerazioni teoriche circa la struttura di questi ultimi , nel corso del 
resto del mio lavoro di tesi ho provveduto a modificare alcuni dei parametri di sintesi in modo 
da migliorare le caratteristiche di omogeneità e conducibilità dei materiali ottenuti.  
Infine tali materiali sono da me stati utilizzati per la preparazione di una serie di membrane 
ibride contenenti varie concentrazioni di inorganico . Le membrane successivamente sono 
state studiate dal punto di vista della loro composizione e delle loro caratteristiche di 
conducibilità protonica. È stata infine ipotizzata per queste membrane una struttura 
microscopica in grado di spiegare i  dati ottenuti. 
CAPITOLO 2 ELETTROLITI SOLIDI  
 
 
 
Sintesi e caratterizzazione di membrane ibride a conduzione protonica 
17
2 TRASPORTO ELETTRICO NEGLI ELETTROLITI 
SOLIDI 
2.1 DIFETTI NEI SOLIDI 
All’interno dei solidi ionici la conducibilità deriva dalla possibilità di movimento degli ioni 
attraverso il reticolo cristallino. Questa possibilità è nulla in un reticolo perfetto di una 
struttura compatta, in quanto non esistono siti liberi disponibili allo ione mobile, ma può 
risultare significativa se il reticolo contiene dei difetti; in questo caso il trasporto di carica 
proviene dalla migrazione di difetti nella struttura cristallina. A questo modello di conduttori 
ionici appartengono in generale solidi ionici, con reticoli cristallini governati da forze non 
direzionali. Per produrre un numero di difetti adeguato a dare buone proprietà di trasporto è 
spesso utile ricorrere al drogaggio. Un esempio è costituito da ZrO
2
 drogato con Y
2
O
3
 
la cui 
conducibilità è dovuta alla diffusione delle vacanze di O
=
 che si formano in seguito alla 
sostituzione isomorfa di Zr 
4+
 con Y 
3+
.  
Una classe particolarmente interessante di conduttori ionici è costituita dai solidi ionici a 
«struttura aperta» che sono caratterizzati dalla presenza di siti reticolari, facilmente accessibili 
ed equivalenti (o quasi) dal punto di vista  energetico, in numero superiore al numero di ioni 
presenti.  
Questo facilita la migrazione degli ioni (specialmente i cationi per i casi noti finora) tanto che 
alcuni di questi conduttori (detti elettroliti solidi) esibiscono conducibilità confrontabile a 
quella delle soluzioni elettrolitiche. Si tratta in genere di strutture covalenti controllate da 
forze direzionali, in cui l’arrangiamento degli atomi crea dei tunnel usati come canali di 
conduzione.  
Elettroliti solidi di questo tipo sono ad esempio lo ioduro d’argento, il NASICON, cioè 
Na
3
Zr
2
(PO
4
)(SiO
4
)
2
 e la β-allumina in forma sodica, 1.3Na
2
O·11Al
2
O
3
; in quest’ultima la 
presenza di ponti di atomi di ossigeno tra blocchi compatti di Al
2
O
3
 crea una regione (piano di 
conduzione) in cui circa 1/4 dei siti disponibili sono occupati dallo ione Na
+
.
 
I difetti presenti in tutti i cristalli possono avere un peso importante nell’individuare le 
proprietà meccaniche, elettriche, magnetiche, ottiche e termiche.