Legame metallico

LEGAME METALLICO

È tipico dei metalli, quasi 3/4 degli elementi esistenti.

Proprietà metalliche:

• Bassi valori di energia di ionizzazione e di affinità elettronica, quindi poca tendenza a formare legami atomici.
• Elevata conducibilità termica ed elettrica data la mobilità degli elettroni.
• Effetto fotoelettrico e termoionico: emissione di elettroni da una superficie di un materiale, in particolare un metallo, irraggiata con luce adatta (effetto fotoelettrico) o riscaldata (effetto termoionico).
• Duttilità: possibilità di essere ridotti in fili.
• Malleabilità: possibilità di essere ridotti in lamine.
• Proprietà ottiche: non trasparenza e lucentezza (per il potere di riflettere nei confronti della luce), opachi (anche per spessori piccoli poiché assorbono con continuità le radiazioni visibili).
• Strutture cristalline compatte nelle quali gli atomi sono considerati come sfere.

si“impacchettano” in modo tale da lasciare il minor spazio vuoto possibile: ciascun atomo è legato da 8 atomi (reticolo cubico a corpo centrato) oppure 12 (reticolo cubico a facce centrate; reticolo esagonale compatto). Il modello del legame metallico del mare di elettroni: ▪ Tutti gli atomi metallici presenti nel campione forniscono i loro elettroni di valenza per formare un “mare di elettroni” che è delocalizzato in tutta la sostanza (gli elettroni che si spostano trasportano cariche elettriche). ▪ Gli ioni metallici (i nuclei con i loro elettroni interni) sono immersi in questo mare di elettroni in una disposizione ordinata. ▪ Gli elettroni di valenza sono condivisi tra tutti gli atomi della sostanza. ▪ Il campione di metallo è tenuto unito dalla mutua attrazione dei “cationi” sul “mare” di elettroni di valenza. I metalli sono deformabili perché le cariche positive sono assolte dalla carica degli elettroni, da cui il materiale.è lavorabile, si deforma ma non si rompe. Il legame metallico secondo la teoria MO (Teoria delle bande) può essere considerato come un cristallo metallico che si comporta come una molecola gigante, in cui gli orbitali atomici dei singoli atomi si sovrappongono per formare un insieme praticamente infinito di orbitali molecolari completamente delocalizzati che si estendono su tutto il reticolo (orbitali di Bloch). Il materiale non si rompe grazie alla protezione del mare di elettroni, che impedisce lo scivolamento senza preavviso (senza snervamento) e fa sì che le cariche uguali si toccano respingendosi. Nel caso del cristallo di litio (Li), la sua configurazione elettronica è 1s^22s^1. Avvicinando due atomi di litio e combinando linearmente i loro orbitali atomici 2s (trascurando gli elettroni 1s più interni), si ottengono due orbitali molecolari: uno legante (combinazione in fase degli orbitali atomici) e uno antilegante (combinazione fuori fase). Nel caso di tre atomi di litio, si formano tre orbitali molecolari, in cui quello intermedio,

Che divide l'intervallodi energia, è un orbitale molecolare di non legame. L'energia di separazione dei livelli è minore di quella precedente.‐ Aumentando il numero di atomi, diminuisce la separazione tra due OM successivi, anche se aumenta la separazione totale.‐ Le proprietà dello stato metallico sono strettamente legate a due caratteristiche di questa banda di OM:

1. Ogni OM non è localizzato fra due atomi di metallo, ma si estende sull'interacombinazione di atomi di Li (in tre dimensioni, sull'intero cristallo), quindi ognie‐ della banda è libero di muoversi in tutte le direzioni;
2. Tra gli OM (occupati e non) di una banda non vi è alcuna separazione energetica, quindi per es. anche la più piccola ddp applicata ad una lamina di un metallo alcalino, avendo gli e- di valenza a disposizione i livelli energetici vuoti un flusso di e- di mezza banda, provocherà [se prendiamo un metallo del secondo gruppo]

Una più completa trattazione del legame metallico deve considerare le combinazioni possibili di tutti gli orbitali di valenza che sono di tipo s e p.

La banda 2p risulta parzialmente sovrapposta alla banda 2s mettendo a disposizione degli e-occupanti la banda 2s (metà per il Li, tutta per il Be) altri livelli energetici.

Il caso Berillio: ancora conduttore, ma con riempimento contemporaneo degli orbitali della zona di sovrapposizione (bande s e p). Be: configurazione elettronica è 1s² 2s².

La banda di valenza 2s è piena, ma gli e- possono saltare alla banda di conduzione vuota 2p che è vicina e per un tratto energeticamente sovrapposta.

In entrambi i casi, il più basso OM di legame nella banda 2p interferisce con il più alto OM di antilegame della banda 2s, fatto che per il Be genera una parziale occupazione degli OM 2p.

Per entrambi i metalli la banda 2s e quella 2p si sovrappongono, ma:

1. nel caso del Li questo non altera il

suo carattere metallico poiché anche la banda 2sè solo parzialmente occupata;

2. nel caso del Be se non ci fosse questa sovrapposizione non ci sarebbe conduzione,essendoci sovrapposizione anche una parte di OM 2p è occupata, cosicché né la banda2s né quella 2p sono occupate completamente e si hanno così proprietà metalliche.

Conduttori, semiconduttori e isolanti

Caso isolante: gap energetico troppo elevato.

Quando il vuoto è troppo alto non c’è modo di farc’è isolamentoandare gli e- es. Diamante ma nelsuo caso c’è conducibilità termica ma non elettrica(discorso ibridazione) Δe

Caso semiconduttore: no sovrapposte le bande,colmabile, salto nel vuoto.

GRUPPO IV: C (diamante), Si, Ge

L’assetto delle bande (larghezza, sovrapposizione,successione) è governato anche dalla struttura del reticolo cristallino.

Reticoli covalenti come quelli degli elementi del gruppo IV (C

Nella forma del diamante, Si, Ge) hanno un sistema di bande in cui quella di valenza è satura e quella di conduzione è separata da un intervallo più o meno largo di valori di energia proibiti.

4 orbitali ibridi semipieni

Casi: droganti, irragiamento (luce con determinata lunghezza d'onda), calore;

Diamante (C) = isolante