Appunti di Chimica generale e inorganica

Introduzione

Circa l'80% della tavola periodica dono metalli e giacciono nella parte sinistra della tavola periodica. Tutti i metalli presentano proprietà simili, le proprietà metalliche:

• Elevata conducibilità elettrica
• Bassa energia di prima ionizzazione
• Elevata malleabilità e duttilità
• Elevato potere riflettente della luce
• Strutture cristalline molto compatte (atomi molto vicini gli uni agli altri nella struttura cristallina)

Sara F. Legame dovuto ad una delocalizzazione degli elettroni di valenza in tutto il reticolo cristallino. Le funzioni d'onda di Block. Le caratteristiche dei metalli possono essere spiegate usando la TOM, considerando una barretta metallica come una molecola gigante, nella quale gli orbitali molecolari possono essere ottenuti da una combinazione matematica degli orbitali atomici. Quando da una molecola discreta si passa da un insieme di 10^23 atomi devono valere gli stessi concetti. Questo

orbitali molecolari delocalizzati, sono noti come funzioni d'onda di Block e la teoria del legame metallico proposta dallo stesso nel 1928 prende il nome di teoria delle bande.

Gli orbitali molecolari di un cristallo differiscono da quelli propri di una molecola costituita da pochi atomi per una caratteristica molto importante, relativa cioè ai livelli energetici ad essi corrispondenti. La differenza di energia tra livelli energetici è dunque molto grande per una molecola discreta e molto piccola per un cristallo/ barretta/ reticolo cristallino, talmente vicini da costituire una banda.

La teoria delle bande spiega tutte le proprietà dei metalli precedentemente elencate.

Per rendercene conto, immaginiamo di costruire una barretta metallica, partendo da una scatola e aggiungendo atomi, fino ad arrivare a 6,022*10^23 atomi.

Sara F.

Da N orbitali atomici ottengo N orbitali molecolari, ma avendo ogni orbitale atomico 1 elettrone, gli O.M. sono pieni solo per

metà. La banda "2s" generata dagli orbitali molecolari ottenuti dalla combinazione dei N atomi, si chiama banda di valenza. (Esiste anche la banda degli 1s)

Esiste anche la banda 2p anche se vuota, in quanto matematicamente è combinazione degli orbitali atomici del 2 livello energetico.

Diagramma sperimentale, quindi vero.

Si può osservare che alcune bande si sovrappongono, ciò alla distanza r, ovvero la distanza di equilibrio tra gli atomi nel reticolo cristallino. (cella elementare a corpo centrato nel caso di Li)

Non si possono avvicinare gli atomi oltre la loro distanza di equilibrio.

Alla distanza di equilibrio nel disegno, solo gli orbitali 2s si sovrappongono e si forma la banda, lo stesso per i 2p anche se vuoti. Gli orbitali di dimensioni più grandi formano le bande a distanze più grandi, quelli più piccoli a distanze più piccole (in questo caso l'orbitale 1s non riesce a formare la banda)

Sara F.

Nel Na, la

banda 3s è piena per metà per lo stesso motivo per cui è piena permetà la 2s di Li. La corrente elettrica Moto ordinato di elettroni.

I CONDUTTORI ELETTRICI

Un conduttore elettrico è un cristallo caratterizzato da bande elettroniche divalenza solo parzialmente piene, oppure piene a cui si sovrappongonobande vuote.

La o le bande libere o semi libere (parte libera di essa), è la banda diconduzione.

Quando si applica una d.d.p. a un conduttore elettrico, gli elettroni dellabanda di valenza possono acquistare valori energetici più elevati,occupando così livelli vuoti della banda ns-np. In altre parole essi possonoassumere un’energia cinetica significativa e costituire con il propriomovimento ordinato una corrente elettrica.

GLI ISOLANTI ELETTRICI

Nel caso degli isolanti, la banda di valenza è satura ed è separata dallabanda superiore da un dislivello energetico molto elevato.

I SEMICONDUTTORI ELETTRICI

INTRINSECI (puri, non drogati)

In generale i semiconduttori hanno una struttura a bande simile a quella degli isolanti, con la differenza però che il dislivello energetico tra la banda di valenza satura e la banda vuota è molto più piccolo (ca. 1 eV).

Sara F. la conduzione nel caso dei semiconduttori avviene in 2 fasi;

1. Superare il gap energetico: questo può essere ottenuto in 2 modi. 1a, attraverso fotoconduzione (attacco del semiconduttore con una radiazione di frequenza tale che h* v è maggiore del gap energetico; 1b, termoconduzione (scaldando il semiconduttore); gli elettroni dalla banda di valenza satura passano ora in quella vuota.

2. Applicazione di una d.d.p.: apparente moto delle buche di potenziale, solo un movimento ordinato di elettroni verso le zone a potenziale più alto.

Sara F. I legami deboli

I legami forti già visti, hanno energie che vanno da 100 a 5000 kJ/mol. Tuttavia possono instaurarsi anche legami deboli tra atomi.

• Legame a idrogeno
• Legami dipolari

Parziale carica positiva di H.Es. nell'acido acetico, c'è un legame intermolecolare tra due gruppi carbossilici. Un esempio importante di legame a idrogeno si ha nell'acqua (stato solido e stato liquido). Nello stato solido le molecole d'acqua, grazie al legame a idrogeno, si organizzano in una struttura tetraedrica, dove al centro c'è una molecola d'acqua e ai quattro vertici ce ne sono altre 4. Con la liquefazione, alcuni legami a idrogeno si rompono, provocando un avvicinamento delle molecole e un aumento di densità per la rottura di queste 'celle' tetraedriche.

Sara F. Che cos'è un dipolo? È una molecola con distribuzione asimmetrica della carica (il baricentro delle cariche negative non coincide con il baricentro delle cariche positive). Legami dipolari: Interazione ione-dipolo, Interazioni di Van der Waals.

Interazioni ione-dipolo: Esempio dissoluzione di NaCl in H2O.

Interazioni di Van der Waals.

Interazioni tra dipoli permanenti

Interazioni tra un dipolo permanente e un dipolo indotto

Interazioni tra un dipolo istantaneo ed un dipolo istantaneo indotto (forze di London o forze di dispersione)

Mentre tutte e tre sono presenti in qualsiasi molecola, l'ultima è presente nelle molecole apolari esempio He, H2, O2...

L'origine di queste forze attrattive è dovuta allo spostamento temporaneo di carica che si verificano in tutti gli atomi o molecole, anche con una distribuzione simmetrica della struttura elettronica.

Si può pensare che la struttura elettronica sia mediamente simmetrica nel tempo, non lo è tuttavia istantaneamente, dal momento che, a causa del moto degli elettroni si possono avere spostamenti temporanei di carica. A causa di questi spostamenti temporanei di carica, ciascuno dei quali provoca per induzione un dipolo istantaneo indotto. L'attrazione elettrostatica tra un dipolo istantaneo e un dipolo istantaneo indotto.

può scambiare né materia né energia con l'ambiente. Esempio: bottiglia thermos accuratamente tappata, contenente acqua calda

Si definisce sistema chiuso quello nel quale non c'è scambio di materia tra di esso e l'ambiente; può però essere scambiata energia. Esempio: thermos con tappo bucato da un filo di rame, che va a finire in un bicchiere con un liquido all'interno.

Un sistema termodinamico è sempre costituito da un numero enorme di particelle, ad esempio 10^23. Tale sistema non si può studiare con la meccanica classica, ecco che entra in gioco la termodinamica e le sue proprietà macroscopiche (temperatura, pressione, ...) che derivano da proprietà microscopiche (energia cinetica).

Un modo di suddividere queste proprietà è come grandezze estensive e intensive. Quelle estensive dipendono dalla massa del sistema, le proprietà intensive ne sono indipendenti.

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