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tipi di legame nei solidi: covalente e ionico
il legame è dovuto all’energia di attrazione coulombiana di origine elettronica:
C
CC
CC
legami sp3 del carbonio nel diamante
- legame ionico: deriva dall’attrazione coulombiana fra
ioni elettroni localizzati in vicinanza degli ioni, simmetria
sferica intorno agli ioni, energia di legame abbastanza alta,solido
indeformabile ma fragile, isolante
- legame covalente: di norma localizzato lungo la direzione interatomica (legame ) alta energia di legame, solido molto duro, indeformabile, isolante
cristallo di Na Cl
Cl Na
Na
Cl
Cl
Na
Na
sol1-1
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legame idrogeno e legame di van der Waals
legami idrogeno della molecola H2O nel ghiaccio
- legami ponte-idrogeno: formati da molecole polari con uno o più
atomi di idrogeno l’idrogeno ionizzato, con le sue piccole dimensioni
fa da “ponte” fra due ioni O
O
H
O
O
H
H
O
H
- legame molecolare o di van der Waals: deriva dall’attrazione
coulombiana fra dipoli creati per fluttuazione della “nuvola
elettronica” energia di legame molto debole, si forma solo a bassa
T, tipico di gas nobili sol1-2
E 3 meV
T=E/kB
T 3·10-3/10-4
30 K
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legame metallico e legami ibridi
- legame metallico: dovuto alla “nuvola di elettroni quasi liberi” simmetria sferica intorno agli ioni (sfere impacchettate), energie di
legame modeste, elettroni delocalizzati, solidi duttili, buoni conduttori
struttura a sfere “impacchettate” tipica di molti metalli
- legame ibridi: compresenza di
legami di tipo diverso
sol1-3
cristallo di grafite: legami covalenti -sp2 nel piano,
legami metallici fra i piani
C
C
CC
C
CC
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1 eV/at 6 ·1023
eV/mol 105 J/mol
25 kcal/mol sol1-4
energie di coesione
degli elementi
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1 eV/at 6 ·1023
eV/mol 105 J/mol
25 kcal/mol sol1-5
energie di coesione di solidi ionici
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reticolo: sequenza periodica di punti nello spazio che lo riempie senza lasciare dei vuoti
sol1-6
reticoli e strutture cristallini
cnbmalR
con l, m, n numeri interi
a
b
c
R
R
R
vettore del “reticolo diretto”
l=2m=4n=1
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sol1-7
i 14 reticoli di Bravais
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sol1-8
reticolo e basebase: gruppo di atomi che si ripete con la sequenza periodica del reticolo
può essere: monoatomica metalli
biatomica diamante, Na Cl
Cl Na
NaCl
Na
Na
Cl Na
Cl Na
C
C
C
C
C
C
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sol1-9
reticolo, base e struttura
cristallinabase poliatomica dell’YBCO
yttrio
bario
rame
ossigeno
cella
reticolo+
base =
struttura
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sol1-10
difetti reticolari
vacanza
dislocazione
impurità sostitutiva
impurità interstiziale
atomo interstiziale
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diffrazione di raggi X da un reticolo
sol1-11
condizione di Bragg: la differenza di
cammino fra i due raggi deve essere
multipla di 2d sin = n
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diffrazione di raggi X da un reticolo
sol1-12
nRkRk
'ˆˆ
nknRkk π2)'(
Gnkk
'
“vettore del reticolo reciproco”RR
G ˆπ2
altro modo di calcolare la differenza di cammino
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sol1-13
il “reticolo reciproco”
vettore del “reticolo reciproco”
RR
G ˆπ2
k
'k
'k
Ga
b
c
R
con R=distanza fra i pianiR
Gπ2
modulo: direzione:
perpendicolare al piano
caG ˆˆˆ
Gkk
)'(
impulso trasferito al reticolo:il reticolo può assorbire trasferimenti di quantità di moto solo in multipli interi di uno dei suoi vettori G
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sol1-14
diffrattometri
cristallo singolo
polveri
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sol1-15
raggi X e “reticolo reciproco”
-G11
-G10210
211
granelli di polvere ruotati
G11
d11
G11
d10
G10 k
-G10
k’
210
massimo G esplorabile =2k
G11 = 2 G10
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sol1-16diffrazione di Laue
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sol1-17
spettro di diffrazione