Appunti completi del corso

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1 CAPITOLO 1 – I LEGAMI CHIMICI E LA STRUTTURA DEI MATERIALI Le proprietà dei materiali dipendono dalla natura degli atomi, dallo stato di aggregazione e dalla tipologia dei legami. 1.1 Le forze e le energie di legame A grandi distanze gli atomi non esercitano forze tra loro, a distanze ridotte esistono forze attrattive e repulsive (evitare sovrapposizioni livelli energetici elettroni). 𝑭𝒐𝒓𝒛𝒂𝑵𝒆𝒕𝒕𝒂(𝒓) = 𝑃𝑒𝑟𝑚𝑒𝑡𝑡𝑒 𝑙′𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑢𝑟𝑎𝑟𝑠𝑖 𝑑𝑖 𝑢𝑛 𝑙𝑒𝑔𝑎𝑚𝑒= 𝑭𝒐𝒓𝒛𝒂𝑨𝒕𝒕𝒓𝒂𝒕𝒕𝒊𝒗𝒂(𝒓) + 𝑭𝒐𝒓𝒛𝒂𝑹𝒆𝒑𝒖𝒍𝒔𝒊𝒗𝒂(𝒓) → 𝑬𝒒𝒖𝒊𝒍𝒊𝒃𝒓𝒊𝒐: 𝐹𝑜𝑟𝑧𝑎𝑁𝑒𝑡𝑡𝑎(𝑟) = 0 𝑬𝒏𝒆𝒓𝒈𝒊𝒂𝑵𝒆𝒕𝒕𝒂 = ∫ 𝑭𝒐𝒓𝒛𝒂𝑵𝒆𝒕𝒕𝒂 𝒅𝒓 𝒓 ∞ , 𝑑𝑜𝑣𝑒 r è 𝑙𝑎 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑧𝑎 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑖𝑐𝑎= 𝑬𝒏𝒆𝒓𝒈𝒊𝒂𝑹𝒆𝒑. +𝑬𝒏𝒆𝒓𝒈𝒊𝒂𝑨𝒕𝒕𝒓. L’equilibrio corrisponde al minimo dell’energia netta, in corrispondenza del quale si individua il valore E0 che rappresenta l’energia necessaria per rompere il legame e allontanare due atomi all’infinito . La forma della curva dell’energia di legame fornisce importanti informazioni sul composto. Una gola stretta e profonda implica un’elevata E0 e di conseguenza elevate temperature di fusione, elevata rigidezza meccanica (alto modulo elastico) e basso coefficiente di espansione termica . Viceversa una gola larga e meno profonda implica un E0 contenuto ed i composti sono caratterizzati da elevate dilatazioni termiche. 𝑬𝒏. 𝑵𝒆𝒕𝒕𝒂 = 𝐸𝑛. 𝑅𝑒𝑝. +𝐸𝑛. 𝐴𝑡𝑡𝑟. = − 𝑨 𝒓𝒎 + 𝑩 𝒓𝒏 (𝐴, 𝐵, 𝑚 𝑒𝑑 𝑛 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑖) 1.2 I legami atomici nei solidi I legami primari, o chimici, hanno un’energia di legame compresa tra 10 2 e 103 kJ/mol e sono suddivisi in: ionico, covalente e metallico. I legami secondari, o fisici, sono più deboli ed hanno un’energia di legame compresa tra 1 e qualche decina di kJ/mol. I legami primari sono utili per ottenere una struttura elettronica stabile, mentre i legami secondari, pur essendo più deboli dei primari, incidono sulle proprietà fisiche. 1.2.1 Il legame ionico È un…