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1 Il Legame Ionico Quando la differenza di elettronegatività fra atomi A e B è molto grande le coppie AB possono essere considerate A + B - A + B - Le coppie di ioni si attraggono elettrostaticamente

2 Il Legame Ionico La situazione di minima energia si ha alla distanza r per la quale le forze di attrazione fra le cariche opposte sono bilanciate dalle forze di repulsione fra gli elettroni esterni e fra i nuclei. E pot = k c Q Q r A B Q A e Q B rappresentano le cariche unitarie rispettivamente positiva e negativa E pot è negativa

3 Il Legame Ionico Tuttavia una situazione di energia ancora minore si ha quando ogni ione A+ si circonda di diversi ioni B- e viceversa. Questa interazione fa sì che il sistema sia in una fase solida a temperatura ambiente. Tale sistema è descritto dal modello del legame ionico, in cui ioni mono o poliatomici positivi e negativi interagiscono elettrostaticamente.

4 Il Legame Ionico Le forze elettrostatiche sono uguali in tutte le direzioni intorno ad un dato ione e quindi il legame ionico a differenza del legame covalente non è direzionale. L energia complessiva di un solido ionico sarà data da: E pot = k c N A M Q Q r A B Dove N A rappresenta il numero di avogradro M è la costante di Madelung assume valori sempre maggiori di 1 e dipende dal modo in cui gli ioni sono reciprocamente distribuiti nello spazio Pertanto l energia di un sistema costituito da N A ioni positivi e da N A ioni negativi è sempre minore rispetto all Energia di N A coppie isolate

5 Il Legame Ionico Ogni ione tende a circondarsi del maggior numero di ioni di segno opposto, in maniera tale da rendere massime le interazione e minima l energia del sistema. Considerando gli ioni come sferette indeformabili si ha:

6 Il Legame Ionico Energia reticolare è l energia necessaria per dissociare il composto ionico e formare i suoi ioni allo stato gassoso(kj/mole). F - Cl - Br - I - O 2- CO3 2- Li Na K Be Mg Ca

7 Il Legame Metallico Gli elementi metallici sono quelli che hanno pochi elettroni esterni ed hanno energie di ionizzazione relativamente basse. La distribuzione dei metalli all interno della tabella periodica (zona in azzurro)

8 Il Legame Metallico I metalli allo stato elementare hanno delle proprietà comuni che li distinguono dai non metalli fra le quali: Conducibilità termica ed elettrica Malleabilità e duttilità Solidi struttura compatta (numero di coordinazione 8 o 12) Tutte queste proprietà non possono essere spiegate considerando che il legame esistente nei solidi metallici sia covalente.

9 Il Legame Metallico Perché il modello del legame covalente non è adatto a descrivere le proprietà dei metalli??? Un modello che tiene conto delle proprietà dei metalli, ovvero il legame metallico, può essere visto come lo scambio di elettroni fra tutti gli atomi metallici presenti nel reticolo. Tale modello consente un elevata mobilità degli elettroni nel solido e quindi dà ragione della conducibilità elettrica e termica.

10 Il Legame Metallico Raffigurazione schematica su un piano del legame metallico: un metallo può essere considerato formato da un reticolo di ioni positivi immersi in un mare di elettroni.

11 Il Legame Metallico Il legame metallico viene descritto con il modello a bande che può essere considerato un estensione del modello dell orbitale molecolare. Consideriamo un solido metallico formato da 2N A atomi di un elemento del I gruppo (ns 1 ), es. Li. I 2N elettroni presenti nel solido metallico andranno ad occupare completamente gli N orbitali di legame (banda di valenza). La piccola differenza di energia fra gli orbitali di legame e gli orbitali di antilegame fa sì che applicando un campo elettrico gli elettroni possono assorbire energia e passare in orbitali vuoti (banda di conduzione )

12 Il Legame Metallico Consideriamo un solido metallico formato da 2N A atomi di un elemento del II gruppo (ns 2 ), es. Mg. I 4N elettroni presenti nel solido metallico andranno ad occupare completamente i 2 N orbitali di minore energia (banda di valenza). Inoltre le due bande degli orbitali s e p si sovrappongono per cui la conduzione è permessa.

13 Conduttori(metalli), semiconduttori (semimetalli) e isolanti (non metalli) Le proprietà di conduzione sono fondamentalmente legate alla differenza di energia fra la banda di valenza e la banda di conduzione

14 Legame metallico La conducibilità Λ nei metalli DIMINUISCE CON LA TEMPERATURA La conducibilità Λ nei semiconduttori AUMENTA CON LA TEMPERATURA

15 Semiconduttori e droganti La conduzione nei semiconduttori può essere aumentata mediante l aggiunta di piccole quantità di un elemento (drogante) che possiede un elettrone in più o in meno rispetto al semiconduttore. La conduzione è comunque piccola poichè coinvolge pochi elettroni o pochi orbitali liberi

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