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Chimica orbitali leganti metallo

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Chimica orbitali leganti metallo

Messaggioda Foto Utentemarcopittu » 15 dic 2018, 20:45

Buongiorno,
considerando N atomi di Na secondo la teoria degli orbitali molecolari ottengo VEDI IMMAGINE A IN ALLEGATO

Teoria+delle+bande.jpg
IMMAGINE A


Quindi ho orbitali leganti (densità non nulla tra i nuclei) e orbitali antileganti. Se non vi è un campo elettrico applicato alle estremità del metallo gli elettroni stanno tutti negli orbitali leganti pieni. Qui ho il mio dubbio. Il fatto che gli elettroni stanno negli orbitali leganti vuol dire che essi sono legati a stare tra gli atomi quindi non sono liberi di muoversi infatti è la stessa cosa che succede nel Silicio (semiconduttore) gli elettroni sono "legati" tra i nuclei e non sono liberi.

Infatti considerando questa immagine : VEDI IMMAGINE B IN ALLEGATO

elettroni liberi.jpg
IMMAGINE B

l'elettrone per essere libero non deve trovarsi tra i nuclei... quindi perché si dice che sono liberi nel metallo se invece stanno negli orbitali leganti e sono legati a stare tra i nuclei?
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[2] Re: Chimica orbitali leganti metallo

Messaggioda Foto UtenteEdmondDantes » 15 dic 2018, 21:24

Per spiegare bene il concetto, devi considerare un numero molto elevato di atomi Na.
Tale ipotesi non e' restrittiva in quanto qualsiasi scheggia di metallo contiene un numero elevatissimo di atomi.
Consideriamo una mole di Na e i suoi elettroni nella banda di valenza 3s^{1}.
Hai a disposizione 6\times10^{23} (consideriamo un numero facile) orbitali atomici da cui e' possibile creare altrettanti orbitali molecolari.
Nei metalli non abbiamo un numero sufficiente di elettroni per occupare tutti gli orbitali molecolari e ciascun orbitale puo' essere occupato solo da due elettroni di spin opposti.
In pratica nel caso del sodio puoi formare solo 3\times10^{23} coppie di elettroni in grado di occupare la meta' degli orbitali molecolari disponibili.
Per il principio di minima energia gli elettroni tenderanno ad occupare gli orbitali ad energia piu' bassa possibile. Ovviamente questo puo' accadere solo a 0 K (livello di Fermi - e' il piu' alto livello occupato in queste condizioni).
La sola energia termica dovuta ad una temperatura di poco superiore a 0 K e' in grado di far muovere elettroni dagli orbitali pieni ad orbitali ad energia piu' elevata inizialmente non occupati.
Tutto cio' cosa comporta? Promuovendo un elettrone abbiamo due livelli energetici occupati da un solo elettrone nel livello superiore a quello di Fermi e una buca positiva sotto il livello di Fermi.
Questi elettroni "superiori" e queste buche "positive" sono responsabili della conducibilità nei metalli.
In presenza di un campo elettrico riesci a far muovere entrambe le buche (positive e negative).
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[3] Re: Chimica orbitali leganti metallo

Messaggioda Foto Utentemarcopittu » 16 dic 2018, 0:05

Grazie per la risposta però continuo a non capire perché gli elettroni stanno negli orbitali leganti nel caso del metallo tipo il sodio.
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[4] Re: Chimica orbitali leganti metallo

Messaggioda Foto UtenteEdmondDantes » 16 dic 2018, 0:27

Tu sai che cosa sono gli orbitali legante e antilegante?
Sai cosa significa orbitale molecolare?
Se sai cosa significano (lo davo per scontato) allora dovresti avere chiarissimo questo passaggio:

EdmondDantes ha scritto:Per il principio di minima energia gli elettroni tenderanno ad occupare gli orbitali ad energia piu' bassa possibile. Ovviamente questo puo' accadere solo a 0 K (livello di Fermi - e' il piu' alto livello occupato in queste condizioni).
La sola energia termica dovuta ad una temperatura di poco superiore a 0 K e' in grado di far muovere elettroni dagli orbitali pieni ad orbitali ad energia piu' elevata inizialmente non occupati.
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[5] Re: Chimica orbitali leganti metallo

Messaggioda Foto Utentemarcopittu » 16 dic 2018, 13:05

Si quello mi è chiaro ma forse non mi sono spiegato bene nell'esporre il mio dubbio. Allora secondo questa immagine in allegato l'elettrone libero come si vede non è legato tra i nuclei di due atomi ma è disegnato come un punto fuori dai legami ( parte destra dell'immagine) . Quindi nei metalli si dice che gli elettroni sono liberi pur occupando gli orbitali leganti . Applicando un campo elettrico questi vanno sugli antileganti e sono liberi OK ma prima non lo sono perché stanno nei leganti. Questo non capisco.

elettroni liberi.jpg
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[6] Re: Chimica orbitali leganti metallo

Messaggioda Foto UtenteEdmondDantes » 16 dic 2018, 13:58

Ripeto nel modo più semplice possibile.
A parte che non devi considerare il Ge che appartiene ad un gruppo di elementi molto diverso da quelli del sodio. Si trova nella parte opposta della tavola periodica degli elementi.

A 0 K tutti gli elettroni occupano le bande a più bassa energia. Tra queste bande ne esiste una che ha il livello energetico più elevato detto livello di Fermi. Chiaro?
basta una piccola somministrazione di energia affinché alcuni elettroni passino nella banda superiore rendendosi disponibili alla conduzione. Bastano pochi gradi sopra lo 0 K.
Sul pianeta Terra è molto semplice trovarsi a temperature superiori a 0 K.
Quindi lo sono anche prima dell'applicazione del campo elettrico. Il campo elettrico rende meno caotico il loro movimento, oltre che eccitarli. Chiaro?
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[7] Re: Chimica orbitali leganti metallo

Messaggioda Foto Utentemarcopittu » 16 dic 2018, 14:15

Intanto grazie mille per aver risposto. Credo di aver capito , vediamo se è corretto il mio ragionamento:

allo 0 K tutti gli elettroni occupano gli orbitali leganti. Ad una temperatura di poco superiore si creano delle buche positive perché ' un' elettrone è saltato nell'orbitale antilegante libero quindi queste buche si muovono perché gli elettroni saltano tra una buca e l'altra.
Quindi gli elettroni che si muovono sono sia quelli superiori negli antileganti sia quegli altri responsabili delle buche.
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[8] Re: Chimica orbitali leganti metallo

Messaggioda Foto UtenteEdmondDantes » 16 dic 2018, 14:20

si', come dicevo prima entrambe le 'buche', contribuiscono alla conduzione.
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[9] Re: Chimica orbitali leganti metallo

Messaggioda Foto Utentemarcopittu » 16 dic 2018, 14:32

Grazie ho capito. Mi era sfuggita la questione che entrambi contribuiscono alla conduzione. Un ultima considerazione , il fatto che parliamo di orbitale MOLECOLARE legante vuol dire che per esempio un elettrone che prima del legame metallico apparteneva ad un singolo atomo adesso quando si forma il cristallo andra' a sistemarsi in uno dei legami tra due atomi GENERICI per questo c'è una probabilità non nulla di trovarlo tra due nuclei ( nel caso degli orbitali leganti) giusto?
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[10] Re: Chimica orbitali leganti metallo

Messaggioda Foto UtenteEdmondDantes » 16 dic 2018, 15:05

Prima desidero farti conoscere il pensiero di un importante chimico del secolo passato.
A volte mi sembra che un legame fra due atomi sia cosi' reale, cosi' tangibile, cosi' amichevole, da poterlo quasi vedere.
E capita che poi mi sveglio quasi scioccato nel rendermi conto che un legame chimico non e' un oggetto reale, non esiste. Nessuno l'ha mai visto, ne' potrebbe mai vederlo. Un legame e' solo il frutto della nostra immaginazione.


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Esistono diverse teorie del legame e degli orbitali. Alcuni di questi sono piu' vicine alla matematica che alla chimica e fisica classica. E bisogna fare uno sforzo mentale non indifferente per comprenderli. Quando iniziamo a pensare ad un elettrone come ad una mera funzione matematica, crollano immediatamente molti concetti che ormai facevano parte del nostro patrimonio culturale. La meccanica quantistica ha lasciato molti morti sul campo... :mrgreen:

Andiamo alla tua domanda.
La teoria degli orbitali molecolari prevede che gli orbitali di tipo s e p degli atomi di una molecola si combinano per formare orbitali delocalizzati, diffusi, al limite su tutta la molecola, detti orbitali molecolari.
Questa teoria e' stata costruita in modo da spiegare alcune incongruenze fra le strutture di Lewis e i dati sperimentali riscontrati in alcune molecole.
Prendiamo ad esempio due orbitali 1s.
Combinandosi, formano due orbitali molecolari (per il primo principio degli orbitali molecolari) e gli elettroni vengono assegnati agli orbitali molecolari rispettando il principio di Pauli e la regola di Hund.
Un orbitale deriva dalla somma dei due orbitali atomici e il secondo deriva dalla differenza (somma e differenza delle funzioni d'onda associati agli orbitali atomi, si intende).
Nell'orbitale somma, detto orbitale molecolare legante, la piu' elevata probabilità' di trovare un elettrone e' nella regione di legame fra i due nuclei.
Nell'orbitale ottenuto per sottrazione, detto orbitale molecolare antilegante, la probabilita' maggiore di trovare un elettrone e' al di fuori della regione tra i due nuclei.

Parliamo di probabilita'. Regioni di probabilita' non di posizioni prefissate. Parliamo di orbitali non di orbite. Questo concetto deve essere chiaro.
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