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Scienze e tecnologie chimiche
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. Quando gli atomi di soluto occupano le posizioni interstiziali nei “buchi”
tra gli atomi di solvente, abbiamo le
leghe
interstiziali
.
Le leghe sostituzionali si formano quando i due componenti metallici han-
no raggi atomici simili e simili caratteristiche di legame chimico. Per esempio,
l’argento e l’oro formano una lega su tutto l’intervallo delle possibili compo-
sizioni.
Affinché si formi una lega interstiziale, gli atomi di soluto devono avere un
raggio atomico di legame più piccolo rispetto a quello degli atomi di solvente.
Tipicamente, l’elemento interstiziale è un non metallo che forma legami cova-
lenti con gli atomi metallici vicini. La presenza di questi legami e
x
tra, forniti
dal componente interstiziale, rende il reticolo metallico più duro, più forte,
e meno duttile. Per esempio, l’acciaio, che è molto più duro e forte del ferro
puro, è una lega di ferro che contiene fino al 3% di carbonio.
I
composti
intermetallici
sono composti più che miscele. Poiché essi sono
composti, hanno proprietà definite e la loro composizione non può essere
modificata. A differenza degli atomi nelle leghe interstiziali e sostituzionali,
i differenti tipi di atomi nei composti intermetallici sono disposti in maniera
ordinata piuttosto che casuale. L’ordine degli atomi nei composti intermetalli-
ci generalmente porta ad una migliore stabilità strutturale e a punti di fusione
più elevati rispetto a quanto si osserva nei metalli costituenti.
I composti intermetallici giocano ruoli molto importanti nella moderna
società. Il composto intermetallico Ni
3
Al è il maggiore componente dei motori
dei jet aircraft a causa della sua resistenza alle alte temperature e alla sua bassa
densità. Il composto Nb
3
Sn è un superconduttore, una sostanza che, quando
raffreddata al di sotto di una certa temperatura, conduce elettricità senza resi-
stenza. Nel caso di Nb
3
Sn viene osservata superconducibilità solo quando la
temperatura viene abbassata a 18 K. I superconduttori vengono impiegati nei
magneti degli apparecchi di risonanza magnetica nucleare (NMR).
2.5
Il legamemetallico
I metalli non hanno abbastanza elettroni nel guscio di valenza per soddisfare
le loro richieste di legame formando legami con coppie di elettroni localizzate.
Come risposta a questa mancanza, gli elettroni di valenza vengono condivisi
collettivamente. Una struttura in cui gli atomi sono impaccati in maniera com-
patta facilita questa condivisione delocalizzata di elettroni.
2.5.1
Il modello a mare di elettroni
Un semplice modello che spiega alcune delle più importanti caratteristiche
dei metalli è il
modello
a mare
di
elettroni
, che raffigura il metallo come un
insieme di cationi metallici in un “mare” di elettroni di valenza. Gli elettroni
sono confinati verso il metallo mediante attrazioni elettrostatiche con i catio-
ni, e sono uniformemente distribuiti attraverso la struttura. Gli elettroni sono