Classificazione dei materiali solidi … in base ai legami interatomici! Metalli Ceramici Polimeri
legame ionico legame covalente legame metallico (a) Legami atomici primari o forti legame ionico legame covalente legame metallico (b) Legami atomici e molecolari secondari o deboli legame di Van der Waals legame idrogeno
(a) Legame ionico e- Cl Na catione Na+ anione Cl-
Forza di legame anione-catione 4pe0 a2 Z1Z2 e2 Fatt= - Frep= - nb a(n+1) e = 1.60 x 10-19 C e0 = 8.85 x 10-12 C2/(N m2) Fnetta=Fatt + Frep
Forza di legame vs distanza interionica
Energia di legame interionico Enetta= Eatt + Erep Z1Z2 e2 b an + Enetta= + 4pe0 a
Energia di legame interionico
Energia di legame ionico (kJ/mole)
(b) Legame covalente
Energia di legame vs distanza interatomica
Molecole biatomiche
Composti a base carbonio
Metano (CH4)
Diamante
Energia di legami covalenti semplici (kJ/mole)
Energia di legami covalenti doppi e tripli (kJ/mole)
Energia legame covalente vs ordine di legame
Solidi ionico-covalenti
(c) Legame metallico
Energia di legame vs distanza interatomica
Energia di legame (kJ/mole) e temperatura di fusione (°C)
Solidi metallico-covalenti
interazione dipolo-dipolo indotto in gas nobili Legami secondari: interazione dipolo-dipolo indotto in gas nobili dipolo atomico fluttuante + - - + dipolo atomico indotto
2-8 kJ/mole
interazione dipolo-dipolo in molecole polari Legami secondari: interazione dipolo-dipolo in molecole polari H2O 1.84 debey HCl 1.03 debey NH3 1.46 debey
Legame idrogeno H2O, HF, HCl,… 29 kJ/mole
Struttura dei materiali Solidi cristallini trasposizione regolare e ripetitiva nello spazio di una unità strutturale di base (cella elementare o cella unitaria); monocristallini e policristallini
Solidi amorfi disposizione disordinata degli atomi
Sistemi cristallini Strutture cristalline sono suddivise in gruppi (sistemi cristallini) in base alla geometria della cella unitaria, indipendentemente dalla posizione degli atomi all'interno della cella. I sistemi cristallini sono completamente descritti da 6 parametri reticolari: a, b, c, a, b, g
sistema di coordinate (x, y, z): origine in un vertice della cella assi coincidono gli spigoli della cella solido cristallino cella unitaria
Le strutture cristalline sono raggruppabili in: 7 sistemi cristallini e 14 reticoli di Bravais
7 sistemi cristallini 14 Reticoli di Bravais cubico triclino esagonale ortorombico romboedrico monoclino tetragonale 7 sistemi cristallini 14 Reticoli di Bravais
Materiali metallici (a) cubica a facce centrate (CFC) Cu, Ni, Ag, Au, Fe g, ... (b) cubica a corpo centrato (CCC) Fe a, Cr, W, Mo... (c) esagonale compatta (EC) Zn, Cd, Co, Ti...
Cubica a facce centrate (CFC) 4 atomi per cella 12 numero di coordinazione 0.74 fattore di compattazione atomica
Cubica a facce centrate (CFC)
Esercizio 1 Calcolare il fattore di compattazione atomica (FCA) per la cella elementare CFC, assumendo gli atomi sferici. FCA = volume atomi per cella elementare CFC volume della cella CFC Esercizio 2 Il rame ha struttura CFC. Sapendo che il peso atomico è 63.54 g/mole ed il raggio atomico 0.1278 nm, calcolare la densità del rame.
Cubica a corpo centrato (CCC) 2 numero di atomi per cella 8 numero di coordinazione 68 % fattore di compattazione atomica
Esercizio 3 Esercizio 4 Esercizio 5 Il Fe a 20 °C ha struttura CCC. Calcolare la costante reticolare a della cella elementare del ferro, sapendo che il raggio atomico del ferro è pari a 0.124 nm. Esercizio 4 Calcolare il fattore di compattazione atomica (FCA) per la cella elementare CCC, assumendo gli atomi sferici. Esercizio 5 Il Mo ha struttura CCC, densità 10.2 g/cm3 e peso atomico 95,94 g/mole. Calcolare il raggio atomico ed il fattore di compattazione atomica (FCA)
Esagonale compatta (EC) 6 numero di atomi per cella 12 numero di coordinazione 0.74 fattore di compattazione atomica 1.633 valore teorico di c/a
EC CFC
CCC
Esercizio 6 Calcolare il volume della cella elementare esagonale compatta (EC) dello Zn sapendo che a=0.2665 nm e c=0.4947 nm.
Materiali metallici
Polimorfismo o allotropia
Forme allotropiche del ferro