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Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 - IUSS Il legame nei solidi cristallini Solidi molecolari Solidi ionici Solidi covalenti.

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Presentazione sul tema: "Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile 2007 - IUSS Il legame nei solidi cristallini Solidi molecolari Solidi ionici Solidi covalenti."— Transcript della presentazione:

1 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile IUSS Il legame nei solidi cristallini Solidi molecolari Solidi ionici Solidi covalenti Solidi metallici

2 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile IUSS 1 – Solidi molecolari Costituiti da molecole discrete con –forti legami (intra - molecolari) tra atomi della stessa molecola e –deboli legami (inter - molecolari) tra molecole differenti. Esempi: gas nobili, molecole organiche, N 2, H 2, C 6 H 6, …

3 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile IUSS Benzene solido

4 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile IUSS Ghiaccio normale CO 2 solida

5 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile IUSS Sono per vari aspetti i solidi meno tipici. Lenergia di coesione dipende essenzialmente dal volume della molecola (se ci sono solo interazioni Van der Waals). Le proprietà (es.: spettroscopiche) non sono molto differenti da quelle della molecola in fase gassosa o liquida. 1 – Solidi molecolari

6 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile IUSS 2 – Solidi ionici Costituiti da ioni discreti. Elevata energia di coesione (molto maggiore che nei solidi molecolari) che dipende (quasi) soltanto dalle interazioni elettrostatiche. Dipende (fortemente) dalle cariche (ad esempio: molto maggiore per CaO che per NaCl).

7 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile IUSS Esempi: alogenuri alcalini (NaCl, KCl, …), ossidi alcalino-terrosi (MgO,CaO, …). Le molecole NON esistono: cè ununità stechiometrica solamente formale, che corrisponde a parte o tutta la cella elementare. Si realizzano strutture compatte (una volta tenuto conto del vincolo dovuto alla presenza di due o più sotto-reticoli), importanza del concetto di raggio ionico. 2 – Solidi ionici

8 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile IUSS 3 – Solidi covalenti Atomi chimicamente simili uniti da forti legami omopolari (o quasi omopolari). Sono generalmente i solidi con legame più forte. Esempi: C (diamante), Si, Ge, AsGa, SiO 2.

9 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile IUSS Le molecole NON esistono: cè ununità stechiometrica solamente formale, che corrisponde a parte o tutta la cella elementare. La struttura è controllata dalla geometria del legame covalente (solitamente: NON è la struttura più compatta possibile). 3 – Solidi covalenti

10 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile IUSS 4 – Solidi metallici NON esiste un chiaro analogo molecolare: il confronto più appropriato è con il legame delocalizzato delle molecole coniugate organiche (metalli molecolari). Il carattere fortemente delocalizzato del legame metallico e linterazione di un enorme numero di atomi producono proprietà che non esistono (o esistono solo in modo estremamente limitato e in pochi casi) nelle molecole discrete (ad esempio: la conducibilità elettrica metallica).

11 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile IUSS Esempi: la maggio parte degli elementi, MIGLIAIA di composti intermetallici. Le molecole NON esistono: cè ununità stechiometrica solamente formale, che corrisponde a parte o tutta la cella elementare. La struttura è controllata dalla foma della superficie di FERMI (frequentemente si realizzano strutture compatte). 4 – Solidi metallici

12 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile IUSS Casi misti o intermedi Il legame è intermedio per varie ragioni (scarsa differenza di elettronegatività, elevata carica formale degli ioni, stato di ossidazione poco comune di un atomo). Es: CdS, TiO 2, ZrO 2, CsAu (~ Cs + Au - ). Ionico / covalente

13 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile IUSS Sono presenti entrambi i tipi di legame: Ioni poliatomici formati da legami covalenti (quasi puri), Anioni e cationi legati da legami ionici. Esempi: CaCO 3, Na 2 SO 4, NH 4 Cl. Ionico + covalente

14 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile IUSS Caso tipico: grafite. Strati di C legati da –Legami ( -sp 2 ) covalenti puri forti ed essenzialmente localizzati ( -sp 2 ) + –Legami più deboli e ampiamente delocalizzati (metallici) di tipo I legame tra strati sono dovuti a deboli interazioni VdW. Covalente + metallico + VdW

15 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile IUSS Ossidi di metalli di transizione in bassi stati di ossidazione. Gli elettroni in eccesso rispetto ad una struttura puramente ionica riempiono parialmnte una banda di conduzione cfr oltre) Excess electrons with respect to a purely ionic (insulator-like) band structure partially fill a conduction band. NbO, TiO, ReO 3. Ionico + metallico

16 Giorgio SPINOLO – Scienza dei Materiali - 6 marzo / 19 aprile IUSS Esempio: ZrCl. Struttura a strati (…| Zr | Cl | Cl | Zr | Zr | Cl | Cl | Zr | …). Interazioni metalliche Zr-Zr (in ciascun strato Zr e tra strati Zr adiacenti), Interazioni ioniche tra uno strato Cl e uno strato Zr. Interazioni VdW entro e tra strati Cl. Ionico + metallico + VdW


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