IL LEGAME METALLICO 1

Transcript

1 IL LEGAME METALLICO 1

2 Non metalli Metalli Metalloidi Proprietà dei metalli Elevata conducibilità elettrica; Elevata conducibilità termica; Effetto fotoelettrico; Elevata duttilità e malleabilità; Lucentezza; Elettropositività; Strutture cristalline molto compatte (n.c. 8-12) 2

3 Proprietà dei metalli 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 3 con continuità.

4 I metalli: descrizione qualitativa Strutture cristalline compatte nei metalli 4

5 Legame metallico - La teoria delle bande 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). Costruzione di un reticolo metallico (es. Na) OA 3s In un cristallo formato da molti atomi, i livelli energetici degli orbitali molecolari sono talmente ravvicinati da formare una banda continua Na Na 2 Na 3 Na 4 Na 31 Na N banda 3s 5

6 Legame metallico - La teoria delle bande Formazione delle bande in un cristallo metallico di Na Gli e - sono delocalizzati sull intero cristallo Gli e - sono localizzati sugli atomi a cui appartengono 6

7 Conduttori E (+) e - (-) Proprietà metalliche elevata conducibilità elettrica e termica bassa energia di prima ionizzazione elevata duttilità e malleabilità non trasparenza e lucentezza 7

8 Conduttore: a) banda di valenza solo parzialmente riempita b) banda di valenza satura ma sovrapposta con bande vuote c) banda di valenza parzialmente riempita ma sovrapposta con bande vuote E Banda vuota Banda di valenza non satura Banda vuota sovrapposta a quella di valenza Banda di valenza satura Banda vuota sovrapposta a quella di valenza Banda di valenza non satura Bande interne sature Bande interne sature Bande interne sature a) b) c) 8

9 Conduttori Conduttore: Li: banda di valenza solo parzialmente riempita Be: banda di valenza satura ma sovrapposta con bande vuote Atomo isolato Cristallo Atomo isolato Cristallo Energia 2p 2s 2p 2s 1s 1s Li [He] 2s 1 Be [He] 2s 2 9

10 Isolanti Isolante: banda di valenza satura e separata dalla banda di conduzione da un dislivello (GAP) energetico molto elevato. E 2(sp 3 ) 4 4N OM E = 6 ev C: 1s 2 2s 2 2p 2 1s 2 2(sp 3 ) 4 1s 2 N OM 10

11 Semiconduttori Semiconduttori: banda di valenza satura e separata dalla banda di conduzione da un dislivello (GAP) energetico piccolo. E 3(sp 3 ) 4 4N OM E = 1.1 ev Si: [Ne]3s 2 3p 2 [Ne]3(sp 3 ) 4 11

12 Semiconduttori Altro esempio di semiconduttore: il germanio. E 4(sp 3 ) 4 4N OM E = 0.7 ev Ge: [Ar]3d 10 4s 2 4p 2 [Ar]3d 10 4(sp 3 ) 4 12

13 Semiconduttori Meccanismo di conduzione elettrica nei semiconduttori puri (INTRINSECI) Conducibilità aumenta all aumentare di T Conduzione di tipo n (elettroni) E (+) (-) Gap E 1.1 ev Si, 0.4 ev Ge Conduzione di tipo p (lacune) Irraggiamento (FOTOCONDUZIONE) Eccitazione termica (TERMOCONDUZIONE) 13