legame metallico - appunti delle lezioni di chimica del prof · metalli non metalli semimetalli ......
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LEGAME METALLICO
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•MODELLO DEL MARE DI ELETTRONI
•TEORIA DELLE BANDE
LEGAME METALLICO
METALLI
NON METALLI
SEMIMETALLI
PROPRIETA METALLICHE
•Elevata conducibilità elettrica (∝∝∝∝1/ T)
•Bassa energia di ionizzazione
•Elevata duttilità e malleabilità
•Non trasparenza
•Lucentezza
•Strutture cristalline molto compatte
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Modello a “mare di elettroni”
Un metallo può considerato come un reticolo di ioni immerso in un “mare” di elettroni
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Le strutture metalliche sono caratterizzate da numeri di coordinazione molto elevati:
•Elevata compattezza
•Elevata coesione
SOLIDI METALLICI
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CRISTALLI METALLICICRISTALLI METALLICI
Struttura esagonale compatta
Struttura cubica compatta
Facce centrate
Corpo centrato
N di coordinazione:12
N di coordinazione:8
Ni; Pt; Pd; Cu; Ag; Au; Al; Pb
Li; Na; K; Rb; Cs; Cr; Mo
Be; Mg; Ca; Zn;Cd
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•La presenza di elettroni non legati ad uno specifico atomo determina una non direzionalità del legame
•Lo slittamento dei piani reticolari lascia inalterate le interazioni di legame
LEGAME METALLICO
PROPRIETA METALLICHE
•Elevata conducibilità elettrica (∝∝∝∝1/ T)
•Bassa energia di ionizzazione
•Elevata duttilità e malleabilità
•Non trasparenza
•Lucentezza
•Strutture cristalline molto compatte
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LEGAME METALLICO
CARATTERISTICHE DEL LEGAME
Legame forte
Legame adirezionale
Elettroni delocalizzati
PROPRIETA del MATERIALE
Elevati punti di ebollizione e fusione
Alta densità
non solubilità
Duttilità
Malleabilità
Buona conducibilità
Opacità e lucentezza
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1. In una mole di metallo vi è NA di atomi e dall’interazione di un numero NA di orbitali si ottengono NA orbitali molecolari di energia talmente poco diversa da dar luogo a una banda praticamente continua di energia.
TEORIA della BANDE
2. La distribuzione degli elettroni in una banda avviene nel rispetto dell’Aufbau. Poiché in un livello della banda possono stare due elettroni, un banda formata da NA livelli può ospitare 2NA elettroni.
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TEORIA della BANDE
3. Vi sono tante bande quanti sono gli orbitali atomici permessi negli atomi isolati. Quando sono interessati orbitali di valenza, la banda viene chiamata banda
di valenza
4. Se le energie degli orbitali atomici di partenza sono molte diverse, la bande di energia rimangono ben distinte; se invece le loro energie sono abbastanza vincine, come nel caso degli orbitali di valenza 2s e 2p o 3s e 3p, le bande si sovrappongono perdendo la loro individualità e costituendo un’unica banda.
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METALLI ALCALINI
Li=[He]2s1
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METALLI ALCALINO-TERROSI
Be=[He]2s2
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GRUPPO 14:
Configurazione elettronica esterna: ns2np2
C: (sp3) DIAMANTE
GRUPPO 13:
Configurazione elettronica esterna: ns2np1
La banda p è parzialmente riempita
C=[He]2s22p2→ [He] (sp3)4
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GRUPPO 14:
Configurazione elettronica esterna: ns2np2
Si=[Ne]3s23p2→ [Ne] (sp3)4
Ge=[Ar]3d104s24p2→ [Ar] 3d10 (sp3)4
2N OM che ospitano i 4N elettroni
2N OM completamente vuoti
2N OM che ospitano i 4N elettroni
2N OM completamente vuoti
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C: (sp2) GRAFITE
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CONDUZIONE ELETTRICA
Bande di conduzioneBande di valenza
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MECCANISMO DI CONDUZIONE DEI SEMICONDUTTORI PURI (INTRINSECI)
Conduzione di tipo n (elettroni)
Conduzione di tipo p (lacune)
Gap: ∆E
Irraggiamento (hν= ∆E) fotoconduzione
Eccitazione termica (termoconduzione): conducibilità ∝∝∝∝ T
+ + +
- - -
e-
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DROGAGGIO DEI SEMICONDUTTORI INTRINSECI
DROGAGGIO DI TIPO p
+
-e-
+ + + + +++
- - - -- --0.1eV
B
Elementi III gruppo:B; Al; Ga; In; Tl
Banda di conduzione
Banda di valenza
SEMICONDUTTORI ESTRINSECI
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DROGAGGIO DEI SEMICONDUTTORI INTRINSECI
DROGAGGIO DI TIPO n
+-
e-+ + + + +++
- - - -- --0.1eV
Elementi V gruppo:P; As; Sb; Bi
P
Banda di conduzione
Banda di valenza
SEMICONDUTTORI ESTRINSECI
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SEMICONDUTTORI COMPOSTI
COMPOSTI COVALENTI FRA ELEMENTI APPARTENENTI AL IV GRUPPO
SiC: struttura paragonabile al diamante
•Isolante a T amb
•Semiconduttore intrinseco (T>500°C)
•Semiconduttore estrinseco di tipo p con Al
•Semiconduttore estrinseco di tipo n con N
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COMPOSTI FRA ELEMENTI APPARTENENTI AL III GRUPPO e AL V GRUPPO
All’aumentare della dimensione atomica all’interno di una famiglia, diminuisce il GAP ed aumenta la mobilità elettronica.
GaAs + impurezze di Ge→→→→ conduzione di tipo n (se Ge sostituisce Ga)
GaAs + impurezze di Ge → conduzione di tipo p (se Ge sostituisce As)
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COMPOSTI FRA ELEMENTI APPARTENENTI AL IIGRUPPO e AL VI GRUPPO
Utilizzati come rivelatori di radiazioni