Legami chimici

INTERAZIONE IONE-DIPOL

L'attrazione

Quando uno ione si circonda di molecole di solvente, si parla di solvatazione, nel caso in cui il solvente è l'acqua si parla di idratazione.

Le strutture allo stato solido dei metalli sono reticoli tridimensionali ordinati. Il fatto che la maggior parte dei metalli abbia un alto punto di fusione e di ebollizione ci suggerisce che la forza di attrazione che tiene insieme le molecole, ossia il LEGAME METALLICO, sia molto forte. Il legame nei metalli è classicamente descritto con il modello del MARE DI ELETTRONI: gli ioni metallici, formati dalla perdita di uno o più elettroni, sono disposti nelle rispettive posizioni reticolari circondati dal cosiddetto "mare di elettroni" delocalizzati liberi di muoversi all'interno del reticolo, gli elettroni carichi negativamente sono attratti dagli ioni carichi positivamente. Il libero movimento degli elettroni conferisce:

• conducibilità elettrica

elettroni liberi di muoversi sotto l'azione di un potenziale elettrico

conduttività termica -> rapida dispersione del calore all'interno di un campione di metallo

malleabilità (fogli) e duttilità (li) -> non è necessario rompere i legami chimici per spostare gli ioni metallici nel reticolo.

LA TEORIA DELLE BAND

Il legame nei metalli e nei semiconduttori può essere descritto utilizzando la teoria degli orbitali molecolari.

Un diagramma dei livelli energetici di un metallo mostra come gli orbitali molecolari di legame e antilegame si fondano in un'unica banda di orbitali molecolari, dove i singoli orbitali sono così ravvicinati (in termini di energia) che non sono più distinguibili.

Nei metalli NON CI SONO ABBASTANZA ELETTRONI per riempire tutti gli orbitali molecolari. Il numero di orbitali è superiore a quello delle coppie elettroniche in grado di occuparli.

Il livello

Il livello di Fermi è il livello di energia più alto a 0 K (energia più bassa). Quando un metallo si trova a temperature superiori a 0 K, l'energia termica spingerà alcuni elettroni a occupare orbitali al di sopra del livello di Fermi. Per ogni elettrone promosso, si avranno due livelli mono-occupati, generando delle cavità positive (vuote). È questa disposizione che permette la conduttività elettrica di un metallo: in presenza di un campo elettrico, gli elettroni negativi si muovono verso il polo positivo, spostando le cavità positive verso il polo opposto.

Essendo trascurabile la differenza di energia tra due livelli in un metallo, questo sarà in grado di assorbire energia di qualsiasi lunghezza d'onda ed il sistema, eccitato, può emettere subito un fotone della stessa energia: questo rapido scambio rende le superfici metalliche brillanti. I semiconduttori non conducono facilmente elettricità.

ma tramite input energetico possono essere spinti a farlo. A differenza dei metalli, in cui la banda di orbitali molecolari è continua, nei semiconduttori ci sono 2 bande distinte, una.

BANDA DI VALENZA (a bassa energia) e una BANDA DI CONDUZIONE (ad alta energia), separate da un GAP DI:

BANDA, che rappresenta la barriera energetica alla promozione di elettroni dall' banda di valenza alla banda di conduzione.

Esempi:

• Il diamante ha un gap energetico molto elevato, così tanto che gli elettroni restano intrappolati nella banda di valenza e non possono transitare nella banda di conduzione -> il diamante è infatti un isolante, non-conduttore.
• Il silicio e il germanio hanno un gap molto inferiore, il che rende possibile la promozione degli elettroni da una banda a quella superiore -> sono semiconduttori.

Esistono semiconduttori INTRINSECHI, la cui proprietà di semiconduzione è naturale del materiale puro, e semiconduttori ESTRINSECHI.

la cui semiconduzione è controllata aggiungendo un piccolo numero di atomi differenti detti "dopanti".