Stati della materia, solubilità, proprietà colligative

Proprietà dei solidi ionici e dei solidi metallici

I solidi ionici sono contraddistinti essenzialmente dalle seguenti proprietà:

1. Cristallini: tutte le particelle di un segno elettrico cercano di essere circondate da particelle di segno opposto in modo da massimizzare le forze attrattive e minimizzare quelle repulsive (tendono a cristallizzare con molta facilità).
2. Fragili: le grandi forze elettrostatiche presenti fra cationi e anioni impediscono il reciproco scorrimento dei piani reticolari, rendendo il materiale fragile.
3. Altobollenti: i sali fondono ed evaporano a temperature molto elevate.
4. Isolanti: le varie cariche, nelle normali condizioni di temperatura e pressione, sono vincolate a stare in posizioni cristalline e quindi il materiale non trasporta carica elettrica.

I solidi metallici, invece, presentano le seguenti proprietà:

1. Legame metallico.
2. Opacità e lucentezza.
3. Densità elevata.
4. Conducibilità elettrica e termica.
5. Duri, duttili, malleabili, elastici.
6. Bassa elettronegatività.

I metalli generalmente cristallizzano in uno dei seguenti reticoli cristallini: cubico a corpocentrato (bcc), cubico a facce centrate (fcc) ed esagonale compatto (hcp).

La metallurgia richiede energia, per questo motivo, normalmente in natura il metallo non si trova sotto forma di oro e altre eccezioni.

Il legame metallico secondo il modello classico può essere visualizzato come un reticolo ordinato di nuclei metallici cationi immersi in un mare di elettroni liberi, appartenenti agli orbitali dello strato di frontiera, che si muovono svincolati lungo l'intero reticolo cristallino.

Questo modello risulta tanto più valido nella descrizione del legame metallico, quanto minore è l'elettronegatività dell'elemento metallico considerato (è valido soprattutto per metalli alcalini del gruppo I ed alcalino-terrosi del gruppo II).

Il legame metallico è debole a causa

delle bande è un modello che descrive il comportamento dei elettroni in un materiale solido. Secondo questo modello, gli elettroni si trovano in bande energetiche, che sono intervalli di energia permessi per gli elettroni. Le bande energetiche possono essere riempite o vuote, a seconda del numero di elettroni presenti. Nel caso dei metalli, le bande energetiche di valenza e di conduzione si sovrappongono, il che significa che gli elettroni possono facilmente passare dalla banda di valenza alla banda di conduzione. Questo spiega la conducibilità elettrica dei metalli, in quanto gli elettroni possono muoversi liberamente all'interno del materiale. Inoltre, il modello a bande spiega anche altre proprietà dei metalli, come la loro brillantezza e la loro capacità di assorbire e riflettere la luce. Gli elettroni nella banda di conduzione possono assorbire fotoni di luce e passare a stati eccitati, creando così l'effetto di riflessione della luce. In conclusione, il modello a bande è fondamentale per comprendere il comportamento degli elettroni nei metalli e spiega molte delle loro proprietà caratteristiche.

La teoria dell'orbitale molecolare prevede per i metalli la formazione di bande elettroniche (un continuo di orbitali molecolari), che interpretano bene le tipiche proprietà elettriche metalliche (conduttività, termo-conduttività e foto-conduttività).

In generale, qualunque orbitale che si sovrappone ad un altro, si generano due orbitali: uno di legame e uno di antilegame, e così via.

La quantità di energia che riesce a stabilizzare questi legami è maggiore a causa della bassa elettronegatività dei metalli.

Se il legame è composto da più di due elettroni, il processo si infittisce, si infittiscono sempre di più i livelli degli orbitali molecolari, e si viene a creare un continuo di bande al di sopra e al di sotto dello strato iniziale, una serie di livelli talmente fitti che non c'è più il salto energetico tra uno e l'altro. La popolazione dei livelli energetici orbitali interni alle bande del

Il metallo si ricava dalla distribuzione di Fermi-Dirac: Conduttori, isolanti e semiconduttori.

Il modello elettronico a bande permette di descrivere bene le differenti proprietà elettriche per i differenti tipi di materiali (conduttori, isolanti, semiconduttori).

Se nei metalli a causa della scarsa capacità di formare legami chimici si originano le bande piene, in generale questo modello è valido per tutti tipi di solidi che si aggregano insieme.

Gli elementi del blocco p fanno la stessa cosa dei metalli, ad esempio il legno è isolante perché i legami molto forti tra una serie numerosa di atomi vanno a creare la banda riempita che sta sensibilmente al di sotto della banda vuota di legame, dunque il salto di energia è notevole.

Vi sono poi dei casi intermedi (i semi conduttori) generati dai semi metalli, come l’alluminio e il germano, hanno elettronegatività forte per non essere metalli ma non abbastanza per essere dei non metalli; quando essi

Si legano insieme creano delle bande vuote (non continue come nei metalli), generando un continuo di energie.