IL LEGAME METALLICO

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IL LEGAME METALLICO

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Metalli Metalloidi Non metalli

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Conducibilità elettrica: è dovuta alla presenza di e^- liberi di muoversi sotto la sollecitazione di un campo elettrico. All’aumentare di T, la conducibilità elettrica diminuisce perché il moto degli e^- viene ostacolato dal progressivo aumento di oscillazioni degli atomi.

Effetto fotoelettrico: facilità di estrazione di e- per irraggiamento con luce apropriata.

Effetto termoionico: facilità di estrazione di e- per riscaldamento.

Conducibilità termica: trasporto di energia termica dovuto alla mobilità degli e^-. Duttilità e malleabilità: i piani reticolari possono slittare con una certa facilità gli uni sugli altri senza alterare le interazioni di legame.

Elettropositività: facilità di estrazione degli e^-.

Non trasparenza e Lucentezza: i metalli assorbono tutte le radiazioni visibili incidenti e le riemettono in tutte le direzioni. Gli e^- possono essere eccitati a livelli energetici superiori assorbendo quantità qualsiasi di energia, variabili praticamente con continuità.

Proprietà dei metalli

Modello semplificato di un reticolo metallico

“Mare” di elettroni di valenza, molto mobili e delocalizzati

Cationi disposti secondo

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Legame metallico - La teoria delle bande Costruzione di un reticolo metallico (es. Na)

Na₃₁ Na_N Na₄

Na₃ Na₂

Na OA

3s

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1 2 3 4 5 6 7 8

Orbitali atomici Orbitale molecolare

Orbitali delocalizzati nei metalli

Legame metallico - La teoria delle bande

Costruzione di un reticolo metallico

Un cristallo metallico è caratterizzato da un’estesa sovrapposizione degli orbitali di valenza dei singoli atomi in modo da formare orbitali molecolari delocalizzati, estesi su tutto il reticolo cristallino (orbitali di Bloch).

In un cristallo formato da molti atomi, i livelli energetici degli orbitali molecolari sono talmente ravvicinati da formare una banda continua

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Cristallo metallico di Na ^{Gli e-} sono delocalizzati sull’intero cristallo

La separazione fra le diverse bande è tanto minore quanto minore è la differenza di energia tra gli orbitali atomici dei singoli atomi e quanto

minore è la distanza fra atomi adiacenti nel cristallo

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Mobilità degli elettroni nei conduttori

E

(+) e^- (-)

Conducibilità diminuisce all’aumentare di T

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Conduttori, isolanti e semiconduttori

Conduttore: banda di valenza solo parzialmente riempita

banda di valenza satura ma sovrapposta con bande vuote

1s N OM

2s N OM

2p 3N OM

E

Li: 1s²2s¹

2N e^- N e^-

2N e^- 2N e^- E

Be: 1s²2s² 1s N OM

2s N OM

2p 3N OM

a) banda di valenza solo parzialmente riempita (Li)

b) banda di valenza satura ma sovrapposta con bande vuote (Be)

c) banda di valenza parzialmente riempita ma sovrapposta con bande vuote

Bande interne sature Banda di valenza non satura Banda vuota

E

Bande interne sature Banda di

valenza satura Banda vuota sovrapposta a quella di valenza

Bande interne sature

Banda vuota sovrapposta a quella di valenza

Banda di valenza non satura

CONDUTTORI

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Isolante: banda di valenza satura e separata dalla banda di conduzione da un dislivello (GAP) energetico molto elevato.

C: 1s²2s²2p² → 1s²2(sp³)⁴ E

1s² N OM

2(sp³)⁴

4N OM ΔE = 6 eV

La teoria delle bande si può applicare anche ai composti covalenti a struttura infinita (es. diamante, silice) o ai composti ionici (es. AgBr).

DIAMANTE

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Semiconduttori:

SILICIO

E

3(sp³)⁴

4N OM ΔE = 1.1 eV

Si: [Ne]3s²3p² → [Ne]3(sp³)⁴

GERMANIO

Ge: [Ar]3d¹⁰4s²4p² → [Ar]3d¹⁰4(sp³)⁴ E

4(sp³)⁴

4N OM ΔE = 0.7 eV

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Semiconduttori

Gap ΔE

1.1 eV Si, 0.4 eV Ge

ΔE

Irraggiamento (FOTOCONDUZIONE)

Eccitazione termica (TERMOCONDUZIONE) Meccanismo di conduzione elettrica nei

semiconduttori puri (INTRINSECI)

+ + + - - -

(+) (-)

Conduzione di tipo n (elettroni)

Conduzione di tipo p (lacune) Conducibilità aumenta

all’aumentare di T

Drogaggio dei semiconduttori intrinseci

Banda di conduzione

0.1 eV Drogaggio

di tipo p

Elementi III gruppo B, Al, Ga, In, Tl

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0.1 eV Drogaggio dei semiconduttori intrinseci

Banda di valenza

Banda di conduzione Conduzione di tipo n Drogaggio

di tipo n

Elementi V gruppo P, As, Sb, Bi

18 Figura 5-30 apparecchiatura

(bilancia magnetica)

utilizzata per misurare il paramagnetismo di una sostanza.

Le sostanze che contengono elettroni spaiati sono leggermente attratte da un campo magnetico e per questo sono dette paramagnetiche.

Viceversa le sostanze con tutti gli elettroni accoppiati sono debolmente respinte da un campo magnetico e chiamate quindi diamagnetiche.

Ferro, cobalto e nichel sono le uniche sostanze che presentano proprietà ferromagnetiche. Questa forma di interazione magnetica è molto forte rispetto al paramagnetismo; questo permette ad una sostanza di essere magnetizzata in modo permanente, dopo essere stata immersa in un campo magnetico.

Proprietà magnetiche degli atomi