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IL LEGAME METALLICO

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Elevata conducibilità elettrica; Elevata conducibilità termica; Effetto fotoelettrico; Elevata duttilità e malleabilità;Lucentezza; Elettropositività; Strutture cristalline molto compatte (n.c. 8-12)

Proprietà dei metalli

MetalliMetalloidi

Non metalli

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

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

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 gliuni sugli altri senza alterare le interazioni di legame.

Elettropositività: facilità di estrazione degli e-.

Non trasparenza e Lucentezza: i metalli assorbono tutte le radiazioni visibiliincidenti e le riemettono in tutte le direzioni. Gli e- possono essere eccitati a livellienergetici superiori assorbendo quantità qualsiasi di energia, variabili praticamentecon continuità.

Proprietà dei metalli

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Modello semplificato di un reticolo metallico“Mare” di elettroni di valenza,

molto mobili e delocalizzati

Cationi disposti secondoun reticolo ordinato

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Legame metallico - La teoria delle bande

Costruzione di un reticolo metallico (es. Na)

Na31 NaNNa4Na3Na2Na

OA3s

4

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1 32 4 5 6 7 8

Orbitali atomici Orbitale molecolare

Orbitali delocalizzati nei metalli

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Legame metallico - La teoria delle bande

Costruzione di un reticolo metallico

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

In un cristallo formato damolti atomi, i livellienergetici degli orbitalimolecolari sono talmenteravvicinati da formareuna banda continua

TEORIA DELLE BANDE

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Cristallo metallico di Na Gli e- sono delocalizzatisull’intero cristallo

La separazione fra le diverse bande è tanto minore quanto minore è ladifferenza 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 diminuisceall’aumentare di T

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Conduttori, isolanti e semiconduttori

Conduttore: banda di valenza solo parzialmente riempitabanda di valenza satura ma sovrapposta con bande vuote

1sN OM

2sN OM

2p3N OM

E

Li: 1s22s1

2N e-

N e-

2N e-

2N e-

E

Be: 1s22s2

1sN OM

2sN OM

2p3N OM

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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

a)

Bandeinternesature

Banda divalenzanon satura

Bandavuota

E

Bandeinternesature

Banda divalenzasatura

Banda vuotasovrappostaa quella divalenza

Bandeinternesature

b) c)

Banda vuotasovrappostaa quella divalenza

Banda divalenzanon 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 strutturainfinita (es. diamante, silice) o ai composti ionici (es. AgBr).

DIAMANTE

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Semiconduttori: banda di valenza satura e separata dalla banda di conduzione da un dislivello (GAP) energetico piccolo.

SILICIO

E

3(sp3)4

4N OMΔE = 1.1 eV

Si: [Ne]3s23p2 → [Ne]3(sp3)4

GERMANIO

Ge: [Ar]3d104s24p2 → [Ar]3d104(sp3)4

E

4(sp3)4

4N OMΔE = 0.7 eV

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Semiconduttori

Gap ΔE1.1 eV Si, 0.4 eV Ge

ΔE

Irraggiamento (FOTOCONDUZIONE)Eccitazione termica (TERMOCONDUZIONE)

Meccanismo di conduzione elettrica neisemiconduttori puri (INTRINSECI)

+ + +

- - -

(+) (-)Conduzione di

tipo n (elettroni)

Conduzione ditipo p (lacune)

Conducibilità aumentaall’aumentare di T

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Drogaggio dei semiconduttori intrinseci

Banda di valenza

Banda di conduzione

Conduzione di tipo p

0.1 eV

Drogaggiodi tipo p

Elementi III gruppoB, 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

Drogaggiodi tipo n

Elementi V gruppoP, As, Sb, Bi

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Figura 5-30 apparecchiatura(bilancia magnetica)utilizzata per misurare il paramagnetismodi una sostanza.

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

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

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

Proprietà magnetiche degli atomi