TFA Scienze e tecnologie chimiche

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Capitolo 2Lo stato solido e lo stato gassoso 47
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completamente indipendenti fra loro, ma per i nostri propositi questa sempli-
ficazione è ragionevole.
Le bande 4s, 4p, e 3d differiscono dalle altre nell’intervallo energetico che
esse abbracciano (rappresentato dalle altezze dei rettangoli sul lato destro del-
la Figura 2.8) e nel numero di elettroni che possono ospitare (rappresentato
dall’area dei rettangoli); le bande 4s, 4p e 3d possono ospitare 2, 6 e 10 elet-
troni per atomo, rispettivamente, due per orbitale, come dettato dal principio
di esclusione di Pauli. L’intervallo energetico abbracciato dalla banda 3d è più
piccolo dell’intervallo abbracciato dalle bande 4s e 4p in quanto gli orbitali 3d
sono più piccoli e perciò la sovrapposizione con gli orbitali sugli atomi vicini
è meno efficiente.
Energia
MO diventano
sempre più leganti
OM diventano
sempre più antileganti
Orbitali 3d
Orbitali 4p
Banda 4p
(6e per atomo)
Banda 3d
(10e per atomo)
Banda 4s
(2e per atomo)
Struttura a bande
di un cristallo di nichel
MO pieni
Orbitali atomici di un singolo
atomo di nichel
Orbitali 4s
0E PMRIE XVEXXIKKMEXE
WITEVE KPM SVFMXEPM
QSPIGSPEVM TMIRM
HEKPM SVFMXEPM
QSPIGSPEVM ZYSXM
Figura 2.8 La struttura elettronica a bande del nichel.
Molte proprietà dei metalli possono essere capite dalla Figura 2.8. Possiamo
pensare che le bande energetiche siano solo parzialmente riempite dagli elet-
troni. Il riempimento incompleto della banda energetica porta alle caratteristi-
che proprietà metalliche. Gli elettroni negli orbitali vicini alla parte superiore
dei livelli occupati richiedono molta poca energia per essere “promossi” agli
orbitali a più alta energia non occupati. Sotto l’influenza di una sorgente di
eccitazione, come ad esempio un potenziale elettrico o calore, gli elettroni si
muovono nei livelli non occupati e sono così liberi di muoversi nel reticolo,
determinando la conducibilità elettrica e termica.
Senza la sovrapposizione delle bande energetiche, le proprietà periodiche
dei metalli non potrebbero essere spiegate. In assenza delle bande d e p, ci
aspetteremmo che la banda s sia riempita per metà per i metalli alcalini e