Appunti quinta lezione Chimica

Legame covalente --> condivisione di elettroni

Se abbiamo 2 atomi uguali abbiamo un legame puro, gli e- sono equamente condivisi tra gli atomi e la loro distribuzione è mediamente simmetrica.

Se i 2 atomi non sono uguali, tra quelli che condividono un legame covalente, uno sarà più elettronegativo dell'altro. Quello che succede sarà che i due elettroni del legame tendono a spostarsi verso l'elemento più elettronegativo accumulando carica negativa da quella parte e lasciando una parziale carica positiva dall'altra parte.

Questa cosa è alla base di un certo tipo di forze intermolecolari forze di van der waals, che sono rappresentate dalle attrazioni tra queste cariche parziali. Il legame covalente è caratteristico di atomi non metallici, che hanno mediamente un elettronegatività abbastanza elevata e condividono gli elettroni abbastanza tendono a condividerli volentieri.

Legami di un atomo non metallico con uno metallico.

Gli atomi metallici sono caratterizzati da elettronegatività bassa.

Esempio tra sodio e cloro

Possiamo pensare che il sodio, che ha molta facilità nel perdere elettroni, ceda quello esterno completamente al cloro. In maniera da ottenere due ioni, uno positivo e uno negativo, cioè che il sodio avendo perso completamente il suo elettrone si è diventato un catione e che il cloro avendolo acquistato sia diventato un anione. In realtà non è sempre in questo modo però quando abbiamo un legame tra atomi metallici e non metallici possiamo approssimare la descrizione del sistema a questo.

Cl₂Molecola fatta da due atomi uguali chiaramente la percentuale di ionicità è zero, perché gli atomi sono uguali e non c'è nessuno spostamento di carica.

Legame covalente puro.

Man mano che i due atomi legati, aumentano la differenza di elettronegatività, la percentuale di carattere ionico sale, abbiamo legami covalenti polari.

Tanto più polari quanto più aumenta la differenza di elettronegatività, si ha quando abbiamo elementi legati che sono non metallici.

Possiamo stabilire un certo limite arbitrario (es 50%) oltre il quale un legame può essere considerato più ionico che covalente, cioè lo spostamento di carica è così accentuato che prevale il comportamento di tipo ionico, possiamo descrivere il sistema come fatto da ioni.

Una molecola come HF ha una differenza di elettronegatività di 1,9 molto alta, però è comunque al di sotto del 50% di carattere ionico. Infatti, si comporta con le caratteristiche di un composto covalente polare, non rientra nel modello di legame ionico.

In generale se ci sono metalli e non metalli è ionico.

LEGAME COMPOSTO DA IONI

NaCl₂

Cloro molecola biatomica con legami sigma semplice tra i 2 atomi di cloro completamente a polare.

Prendiamo una mole di sodio e mezza mole di cloro, facciamo idealmente una serie di passaggi come far vaporizzare il sodio e poi toglierli un elettrone (quello che abbiamo chiamato il potenziale di ionizzazione). Diventa sodio⁺, sempre lo stato gassoso, il cloro lo rompiamo in 2. Rompiamo il legame lasciando un elettrone da ciascuna parte e poi a ciascun atomo di cloro, che abbiamo ottenuto, diamo un elettrone in modo da trasformarla in ione Cl^-, sempre stato gassoso. Il complesso di tutti questi passaggi, che ci porta da sodio metallico e cloro gas, a una mole di ioni sodio più gassosi e una mole di ioni cloro meno gassosi. Costa 368 kJ/mole, cioè alla fine per farli avvenire devo fornire energia al sistema non sono spontanei.

Na_(s) + 1/2 Cl_2(g) → Na⁺_(g) + Cl^-_(g)

+ 368 kJ/mol

Conducibilità elettrica dei composti ionici.

Si ha corrente elettrica se c'è un flusso di cariche che vanno dal polo positivo al polo negativo. Questo flusso di cariche può essere di 2 tipi:

• conduttori di prima specie, è un flusso di elettroni (metalli)
• conduttore di seconda specie, è un flusso di ioni.

Questi composti ionici possono essere conduttori di seconda specie, perché hanno degli ioni che si possono muovere.

Però per potersi muovere devono essere liberi di muoversi.

Se prendo un composto ionico allo stato solido quest'ultimo non conduce la corrente, perché gli ioni ci sono ma sono fissi nel solido.

Perché possano condurre corrente devo renderli liberi, quindi passare allo stato liquido. Si può fare in 2 modi: per fusione, se fondo un composto ottengo un liquido costruito da ioni, oppure scioglierli in acqua, gli ioni sono circondati da molecole d'acqua e conducono corrente. (l'acqua del rubinetto conduce corrente l'acqua distillata no)

Solo lo stato liquido e conduttori con trasporto di materia, cioè visto che sono gli ioni che si spostano, sono proprio i nuclei degli atomi e quindi la massa, infatti c'è massa che si sposta quando c'è conduzione. Diversamente dal caso di conduzione da parte degli elettroni.

Atomi non metallici legame covalente, un metallo e un non metallo legame ionico, 2 atomi metallici legame metallico.

I metalli si possono impaccare in modi diversi.

Il reticolo cristallino può essere fatto a struttura cubica a corpo centrato, quindi un atomo circondato da altri atomi (come con gli ioni di dimensioni simili), per i composti ionici è quello più denso possibile per i metalli è quello meno denso. Questa è la cella elementare del reticolo cristallino, si ripete n volte in tutte le direzioni per costruirlo. (numero di coordinazione 8 chiusa)

Questa cella contiene due atomi, uno che è completamente interno, quindi appartiene completamente a questo cubo. Gli altri 8 atomi (rossi) sono condivisi ciascuno di loro tra 8 celle adiacenti, ognuna delle quali ne possiede uno spicchio pari a ⅛

Qui complessivamente abbiamo 8 ottavi che fa 1 e quindi complessivamente ci sono due atomi. Quando abbiamo questo tipo di reticolo cristallino si dice che il fattore di compattazione atomica è 0,68 ovvero, ⅔ dello spazio è spazio in cui ci sono fisicamente gli atomi e ⅓ è interstizi, spazi vuoti tra gli atomi.

• cubica facce centrate un cubo con 8 atomi che delimitano il cubo, che fanno gli spigoli e un atomo al centro di ogni faccia
• esagonale compatta fatta da 17 atomi In entrambe abbiamo coordinazione 12. Quindi ogni atomo è circondato, è a contatto con altri 12 atomi. Il fattore di compattazione atomica (lo spazio libero rispetto allo spazio occupato dalla materia) è ¾ occupati da materia e ¼ vuoto. Sono celle più compatte più dense.

Non è un metallo e la distanza aumenta ancora di più, quasi ad arrivare come con un isolante, esempio il carbonio (diamante), ha una distanza di 508.

Per far condurre il germanio e il silicio, senza scaldarli, applico il drogaggio consiste nell’aggiungere, al nostro semiconduttore, piccole quantità di un elemento che si trova o nel gruppo precedente o nel gruppo successivo. È sufficiente un atomo di un altro elemento ogni miliardo o 10 miliardi di atomi di semiconduttore.

Se prendo in considerazione il silicio il germanio i droganti saranno quelli del terzo gruppo oppure del quinto gruppo.

Prendo il silicio e lo voglio drogare con il boro.

• \[\frac{\text{1 atomo B} \times 10,8\text{ g/mol}}{6,023 \times 10^{23} \text{ atomi/mol}} = 1,8 \times 10^{-23} \text{ g per atomo B}\]
• \[66 \times 10^{-24} \text{ g/uma} \times 28,0855 \text{ uma} = 4,7 \times 10^{-23} \text{ g per atomo Si}\]
• \[4,7 \times 10^{-23} \text{ g/atomo} \times 10^{10} \text{ atomi} = 4,7 \times 10^{-13}\]

RAPPORTO: \[\frac{1,8 \times 10^{-23} \text{ g B}}{4,7 \times 10^{-13} \text{ g Si}}\] = \[3,8 \times 10^{-11}\]

\[4 \times 10^{-2} \text{ mg B}\]

t Si

DROGAGGIO SUFFICIENTE x GARANTIRE LA CONDUZIONE

Perché atomi della precedente gruppo o del successivo?

• il drogaggio può essere di tipo P (positivo), è il caso ad esempio del Boro. Metto ogni tanto un atomo di boro all'interno del silicio, questo vuol dire che avremo gli stessi orbitali, quindi le stesse bande di orbitali leganti e antileganti. Però il Boro ha un e- in meno, quindi ogni tanto all'interno della banda di valenza c'è una lacuna, perché manca l'elettrone.
• La quale può essere occupata da e- che assorbono energia (salta in su) o e- che cedono energia e scendono. Ogni volta che un elettrone si sposta da una lacuna, lascia una lacuna da un'altra parte, questo garantisce la possibilità di conduzione.