Legame metallico. Metalli

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Lazzaro Pavone
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1 LEGAME METALLICO Un metallo può essere descritto come un reticolo di ioni positivi (nucleo più elettroni di core) immersi in una nube di elettroni di valenza mobili (delocalizzati) attorno ai cationi. Gli elettroni sono liberi di muoversi attraverso l'intero reticolo: - Conduzione elettrica - Conduzione di calore La conduzione elettrica e termica sono dovuti proprio alla mobilità elettronica

2 Legame metallico Metalli

3 Malleabilità e duttilità dipendono dal fatto che i reticoli cristallini possono scorrere gli uni sugli altri. Cosa che non accade ai reticoli cristallini ionici a causa della repulsione tra ioni positivi e negativi

Teoria delle bande Un metallo come Na può essere costruito avvicinando N atomi di sodio. Il sodio ha configurazione [Ne] 3s 1 con un elettrone di valenza.

4 Teoria delle bande Un metallo come Na può essere costruito avvicinando N atomi di sodio. Il sodio ha configurazione [Ne] 3s 1 con un elettrone di valenza. Quando gli atomi di sodio si avvicinano, gli N orbitali atomici 3s si combinano fra loro per dare N orbitali molecolari delocalizzati sull'intero solido. Poiché N è molto grande si ha un numero enorme di livelli molto vicini che formano quella che è nota come banda. Nel sodio avremo una banda 3s semioccupata e lo stesso vale per tutti i metalli alcalini.

5 Conduttore: - banda di valenza solo parzialmente riempita - banda di valenza satura ma sovrapposta con bande vuote E Banda di conduzione 2p 3N OM (+) e - (-) 2s N OM Banda di valenza 1s N OM Li: 1s 2 2s 1

6 Nei metalli alcalino-terrosi ad esempio nel Magnesio la banda 3s è piena e ci si aspetterbbe un isolante o un semiconduttore. Il carattere metallico dei metalli alcalino terrosi deriva dalla sovrapposizione delle bande derivanti dagli orbitali s e p: Se le energie degli OA di partenza sono molto diverse, le bande di energia rimangono ben distinte (es. 1s e 2s); se le loro energie sono vicine (es. 2s e 2p, 3s e 3p), le bande si sovrappongono costituendo un unica banda

7 Es. Li Es. Be Es. Na Colore dei metalli: assorbimento di radiazioni luminose diverse perché diverso può essere il E tra ultimo livello occupato e primo livello libero (dipende dal metallo).

8 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

9 Un solido sarà conduttore solo se la banda è parzialmente occupata. Se invece la banda è completamente occupata si possono avere due casi: se la banda successiva è molto alta in energia il solido è un isolante mentre se è vicina in energia è un semiconduttore. Gap di banda conduttori isolanti semiconduttori

10 Semiconduttori Sono semiconduttori elementi come il silicio (Si) ed il germanio (Ge) che presentano una banda piena ed un intervallo di banda (zona proibita) con un valore non eccessivamente alto (1,1 ev per il Si; 0,74 ev per il Ge), tale comunque da poter essere superato fornendo adeguate quantità di energia al cristallo. Contrariamente a quanto accade per i Conduttori, nei semiconduttori la Resistenza al passaggio di corrente elettrica diminuisce all'aumentare della Temperatura.

Meccanismo di conduzione nei semiconduttori Un particolare molto importante, che contraddistingue il comportamento specifico dei semiconduttori, è che l'elettrone nel saltare nella banda di

11 Meccanismo di conduzione nei semiconduttori Un particolare molto importante, che contraddistingue il comportamento specifico dei semiconduttori, è che l'elettrone nel saltare nella banda di conduzione, lascia un legame libero. Questo posto vacante viene indicato come "lacuna o buca" (hole). Campo elettrico Il meccanismo descritto provoca la creazione di "coppie" di elettronelacuna per cui il loro numero sarà sempre esattamente lo stesso, e dipenderà, in maniera direttamente proporzionale, dalla temperatura.

12 Il drogaggio dei semiconduttori La presenza di impurezze in un semiconduttore può introdurre un nuovo gruppo di livelli energetici nel sistema. Se questi livelli si trovano all'interno della regione proibita, si crea un nuovo e più piccolo intervallo di banda che aumenterà la conducibilità. Gli elementi droganti sono normalmente atomi i cui gusci esterni contengono un elettrone in più o in meno rispetto agli atomi del cristallo di accoglienza BC Il drogante ha meno elettroni : porta orbitali vuoti nel sistema. I nuovi livelli costituiscono una nuova Banda vuota (BC), più vicina alla BV, che può accogliere e del cristallo Il drogante è ACCETTORE BV BC BV Il drogante ha più elettroni: porta orbitali pieni nel sistema Gli e del drogante possono essere immessi in BC I l drogante è DONATORE DROGAGGIO DI TIPO P (positivo) Ci sono piu lacune che elettroni DROGAGGIO DI TIPO N (negativo) Ci sono piu elettroni che lacune

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