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

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

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

1 eV/at 6 ·1023

eV/mol 105 J/mol

25 kcal/mol sol1-4

energie di coesione

degli elementi

1 eV/at 6 ·1023

eV/mol 105 J/mol

25 kcal/mol sol1-5

energie di coesione di solidi ionici

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

sol1-7

i 14 reticoli di Bravais

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

sol1-9

reticolo, base e struttura

cristallinabase poliatomica dell’YBCO

yttrio

bario

rame

ossigeno

cella

reticolo+

base =

struttura

sol1-10

difetti reticolari

vacanza

dislocazione

impurità sostitutiva

impurità interstiziale

atomo interstiziale

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

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

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

sol1-14

diffrattometri

cristallo singolo

polveri

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

sol1-16diffrazione di Laue

sol1-17

spettro di diffrazione