metalli - unpodichimica
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metalli Sintesi Metalli PERCHE’? plastici Conducono calore ed elettricità lucenti metalli Legame metallico i metalli hanno tendenza a cedere i loro pochi elettroni di valenza e a trasformarsi in cationi (possiedono bassi valori di elettronegatività e di energia di prima ionizzazione). . Metalli Questo è ciò che fanno tutti gli atomi, per esempio di argento, quando costituiscono un pezzetto di argento puro. In questo processo si creano ovviamente tante cariche positive quanto negative e perciò anche nei metalli è rispettata l'elettroneutralità. Metalli I cationi formatisi occupano posizioni fisse e ordinate nei cristalli metallici mentre gli elettroni ceduti vengono messi in comune e costituiscono una nuvola elettronica molto mobile responsabile delle proprietà macroscopiche di questi elementi. Questa nuvola elettronica si muove facilmente tra i cationi e funge da "collante" poiché esiste un'attrazione reciproca tra cationi e nuvola elettronica in quanto portatori di carica elettrica di segno opposto Legame metallico Il legame metallico è l'attrazione che si instaura tra i cationi formatisi dagli atomi metallici e la nuvola elettronica in cui questi sono immersi. Si ha la sovrapposizione degli orbitali atomici di ciascun atomo con la formazione di una nube di elettroni, liberi di spostarsi da un atomo all’altro Legame metallico Il modello della loro struttura può essere pensato come formato da ioni positivi immersi in una nube di elettroni mobili (quelli di valenza) diffusa per tutto il reticolo. Da ciò l’alta conducibilità elettrica e l’elevata duttilità. Legame metallico Solo la presenza di elettroni liberi di muoversi riesce a spiegare l'elevata conducibilità elettrica dei solidi metallici. Legame metallico Gli atomi sono strettamente impaccati in strutture semplici. In una struttura cristallina ordinata di atomi metallici si possono individuare delle unità ripetute di base. Legame metallico La presenza di elettroni non legati a uno specifico atomo, determina una non direzionalità del legame. Lo slittamento dei piani reticolari lascia inalterate le interazioni di legame. Il metallo si presenta duttile e malleabile Non si stabiliscono repulsioni tra piano e piano come nel caso dei solidi ionici. Lo stretto impaccamento degli atomi favorisce la trasmissione di calore Legame metallico Proprietà del materiale Caratteristiche del legame metallico Punti di ebollizione e di fusione molto alti Alta densità Non solubilità Legame forte Duttili Malleabile Legame non direzionato Buoni conduttori di calore ed elettricità Opacità e lucentezza Elettroni delocalizzati Teoria delle bande Quando mettiamo assieme due atomi di li tio possiamo pensare che la situazione sia questa Teoria delle bande Bande in un conduttore metallico Bande di conduzione in un non metallo isolante Bande di un semiconduttore drogato drogaggio p (Si:B) ed n (Si:P) elettroni donatore accettore drogaggio p lacune drogaggio n Gap originario Conduttori e isolanti Gli elettroni sono posti su orbitali molecolari estesi questi ultimi su tutto il cristallo. Gli elettroni sono delocalizzati 3. BANDA DI CONDUZIONE la prima banda oltre la banda di Valenza E3 - E4 2.INTERVALLO PROIBITO ossia intervallo energetico E2 - E3 tra il massimo valore energetico della banda di valenza e la successiva banda vuota. 1.LA BANDA DI VALENZA ossia intervallo energetico E1 - E2 in cui ci sono gli elettroni di valenza. Conduttori e isolanti ISOLANTE Se l'intervallo proibito ha un'ampiezza superiore ad 1 eV SEMICONDUTTORE Se esiste intervallo proibito di ampiezza inferiore ad 1 eV CONDUTTORE Se la banda di valenza è parzialmente sovrapposta a quella di conduzione leghe Soluzioni solide Miscela solida di due o più sostanze unita in una unica fase. Si identificano soluzioni solide: • Sostituzionali • Interstiziali leghe Sostituzionali Soluzione solida in cui gli atomi di un elemento (soluto) possono sostituire gli atomi dell’altro elemento (solvente). In alcune soluzioni solide si possono avere sostituzioni da poche unità atomiche a quasi il 100% LEGHE leghe da fonderia, cioè quelle destinate alla realizzazione di getti per colata in terra ("in sabbia"), in forma metallica (" in conchiglia") o sotto pressione ("pressofusione"); - leghe da lavorazione plastica, cioè quelle destinate a lavorazioni per deformazione plastica sia a caldo che a freddo (laminazione, estrusione, fucinatura, imbutitura, trafilatura, ecc.). Tale distinzione associata alle tecnologie di trasformazione è solo in parte giustificata: essa risponde soprattutto a criteri pratici. LEGHE Interstiziali Soluzione solida in cui gli atomi di un elemento (soluto) possono entrare negli interstizi o nei vuoti dell’altro elemento (solvente). Interstiziali Elementi che possono dare soluzioni solide sono Idrogeno, carbonio, ossigeno, azoto Es Lega ferro-carboni è l’acciaio (lega Fe-C), Due parole sui metalli In queste diapositive sono illustrate le caratteristiche più salienti di ogni metallo In alcuni casi si indicano solo video,testi o simili dove reperire il materiale. Metalli alcalini • Vedi video • • • • • • Li Na. K Rb Cs Fr metalli leggeri leghe leggere • Alluminio • Processo di anodizzaione • Produzione e riciclo:la produzione di un oggetto con alluminio riciclato costa 70% in meno che con Al puro. • Importanti le leghe • Magnesio. Puro non ha utilizzi importanti • Leghe leggere con Al • Titanio biocompatibile, • Si colora per interferenza Metalli nobili • • • • • Argento Oro Rame Platino Palladio • Si trovano allo stato nativo • Non reagiscono con O2 • Alto potenziale di riduzione CFC Ferro e sue leghe • Ferro • Vedi ppt • La maggior parte dei manufatti metallici sono inn lega di ferro • Ferro puro non utilizzabile ccc • Acciaio • ghisa • Vedi ppt Rame e sue leghe • • • • • Rame Colore Ottimo conduttore insetticida Vedi ppt • Ottone • Bronzo • Vedi ppt Metalli di transizione • Nichel • L'uso principale di nichel è nella preparazione delle leghe. Le proprieta' principali delle leghe del nichel sono resistenza, duttilità e resistenza alla corrosione ed al calore. Molti acciai inossidabili contengono il nichel: circa il 65 % del nichel consumato nel mondo occidentale sono usati per fare acciaio inossidabile, la cui composizione può variare ma e' tipicamente ferro con 18% cromo e 8% nichel. Il 12 % di tutto il nichel consumato va a finire nelle superleghe. Il 23% restante è diviso tra acciai legati, batterie ricaricabili, catalizzatori e gli altri prodotti chimici, coniatura, prodotti di fonderia e placcatura. Il nichel è facile da lavorare e può essere modellato in cavi. Resiste alla corrosione anche a alte temperature e per questo motivo è usato in turbine a gas e motori oscillati. Il Monel è una lega di nichel e rame (per esempio 70% nichel e 30% rame con le tracce di ferro, manganese e silicio), che è non soltanto duro ma può resistere alla corrosione dall'acqua di mare; è quinid ideale per l'elica delle barche e pe impianti di desalificazione. • Cobalto • Il cobalto è usato in molte leghe (superleghe, per parti nei motori delle turbine a gas dei velivoli, leghe resistenti alla corrosione, acciai ad alta velocità, carburi cementati), nei magenti e nei mezzi magnetici per la registrazione, come catalizzatore per l'industria chimica e petrolifera, come agenti essiccante per vernici e inchiostri. Il blu cobalto è una componente importante della gamma di colori degli artisti ed è usato in lavori in porcellana, ceramica, vetro macchiato, mattonelle e smalti per gioielleria. Il suo isotopo radiattivo, il cobalto-60, è usato nelle cure mediche ed anche per irradiare gli alimenti, per conservarli e proteggere il consumatore. Terre rare Sono costituiti da due serie di 14 elementi e si dispongono nel 6° e 7° periodo, tra il 3° ed il 4° Attinidi • • Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Torio Protoattinio Uranio Nettunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einsteinio Fermio Mendelevio Nobelio Lawrenzio • Sono elementi dal carattere metallico, di colore bianco-argenteo, reattivi. Sono tutti elementi radioattivi, con tempi di semivita relativamente brevi (tranne 232Th, 235U e 238U che hanno t½ paragonabili all'età della terra e sono detti di origine primaria). • • • . gruppo della tavola periodica • Lantanidi • L'uranio è l'elemento più utilizzato della serie e trova applicazione principalmente come combustibile nei reattori nucleari. • • Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Cerio Praseodimio Neodimio Promezio Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Olmio Erbio Tulio Itterbio Lutezioinidi • I lantanidi esistono tutti in natura, con la sola eccezione del promezio (Pm, Z = 61, ottenuto per via sintetica), nella quale si trovano esclusivamente nei composti. Pur essendo comunemente chiamati terre rare, in natura hanno una certa abbondanza. Ad esempio, il Ce (6.6·10-3% in peso nella crosta terrestre; 25° elemento per abbondanza) ha un'abbondanza simile a quella del Cu ed è circa quattro volte più abbondante del Pb. • • • • Semiconduttori semimetalli • • • • Silicio Germanio Antimonio selenio • gallio
