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Il legame nei solidi

Il legame nei solidi. Il problema del “ legame dello stato solido ” è simile a quello del legame molecolare: - tenere uniti N atomi a una distanza di equilibrio, - nonostante la repulsione coulombiana fra i nuclei - che si aggiunge alla repulsione coulombiana fra gli elettroni .

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Il legame nei solidi

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Presentation Transcript

  1. Il legame nei solidi Il problema del “legame dello stato solido” è simile a quello del legame molecolare:- tenere uniti N atomi a una distanza di equilibrio, - nonostante la repulsione coulombiana fra i nuclei - che si aggiunge alla repulsione coulombiana fra gli elettroni La situzione è analoga a quella del caso molecolare: sono gli elettroni condivisi fra atomi (vicini e lontani) che garantiscono il legame ma è anche diversa da quella molecolare: il numero di atomi in un solido anche molto piccolo è grandissimo e diventano essenziali gli aspetti di periodicità della struttura

  2. C C   C C C Na Cl Na Cl Na Cl Na legami sp3 del carbonio nel diamante tipi di legame nei solidi: covalente e ionico il legame è dovuto all’energia di attrazione coulombiana di origine elettronica: - legame covalente: di norma localizzato lungo la direzione interatomica (legame )  alta energia di legame, solido molto duro, indeformabile, isolante - 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 cristallo di Na Cl

  3. O H H O H O O H E  3 meV  T=E/kB T 3·10-3/10-4  30 K legami idrogeno della molecola H2O nel ghiaccio legame idrogeno e legame di van der Waals - 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 - 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

  4. C C C C C C C struttura a sfere “impacchettate” tipica di molti metalli 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 - legame ibridi: compresenza di legami di tipo diverso cristallo di grafite: legami covalenti  -sp2 nel piano, legami metallici  fra i piani

  5. energie di coesione degli elementi 1 eV/at  6 ·1023 eV/mol 105 J/mol  25kcal/mol

  6. energie di coesione di solidi ionici *** calcolato con il modello di Madelung: - fra “primi vicini” attrazione coulombiana con repulsione a piccole distanza; - fra “secondi vicini” repulsione coulombiana; - fra “terzi vicini” attrazione coulombiana; ... 1 eV/at  6 ·1023 eV/mol 105 J/mol  25kcal/mol

  7.  vettore del “reticolo diretto” reticoli e strutture cristallini reticolo: sequenza periodica di punti nello spazio che lo riempie senza lasciare dei vuoti con l, m, n numeri interi l=2 m=4 n=1

  8. i 14 reticoli di Bravais

  9. Na Cl Na Cl Na C Fe Fe Fe Fe C Fe Fe Fe Na Fe Cl Na Fe Fe Fe Cl C C Na C C base biatomicadiamante reticolo e base base: gruppo di atomi che si ripete con la sequenza periodica del reticolo base monoatomica metalli base biatomicaNa Cl

  10. ossigeno yttrio bario cella rame base poliatomica dell’YBCO reticolo, base e struttura cristallina reticolo+ base = struttura

  11. impurità sostitutiva vacanza dislocazione atomo interstiziale impurità interstiziale difetti reticolari

  12. diffrazione di raggi X da un reticolo condizione di Bragg: la differenza di cammino fra i due raggi deve essere multipla di  2d sin = n  

  13. diffrazione di raggi X da un reticolo altro modo di calcolare la differenza di cammino k = vettore numero d’onda = 2/ versore di k “vettore del reticolo reciproco”

  14. impulso trasferito al reticolo:il reticolo può assorbire trasferimenti di quantità di moto solo in multipli interi di uno dei suoi vettori vettore del “reticolo reciproco” modulo: direzione: con R=distanza fra i piani perpendicolare al piano il “reticolo reciproco” R

  15. diffrattometri polveri cristallo singolo

  16. -G11 211 -G10 k’ 210 -G10 G10 k 210 d10 G11 d11 massimo G esplorabile =2k raggi X e “reticolo reciproco” G11 =  2 G10 granelli di polvere ruotati G11

  17. diffrazione di Laue

  18. spettro di diffrazione

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