Il legame metallico e la teoria delle bande elettroniche

Il Legame Metallico e la Teoria delle Bande Elettroniche

Il legame metallico è un tipo di legame chimico che si verifica tra atomi di elementi metallici, caratterizzati da bassi valori di energia di ionizzazione, affinità elettronica e elettronegatività. Questi atomi condividono i loro elettroni di valenza, formando una nube elettronica delocalizzata che conferisce ai metalli la loro struttura cristallina e le loro proprietà uniche. La teoria delle bande elettroniche, che estende la teoria degli orbitali molecolari ai cristalli, descrive come gli orbitali atomici si sovrappongano per formare bande di energia continue. Queste bande sono costituite da moltissimi livelli energetici vicini tra loro, che permettono agli elettroni di muoversi liberamente all'interno del metallo, contribuendo alla sua elevata conducibilità elettrica e termica.

Proprietà dei Metalli e Conducibilità Elettrica

Le proprietà distintive dei metalli, come la conducibilità elettrica, la conducibilità termica e la lucentezza, sono spiegate dalla teoria delle bande. La conducibilità elettrica è influenzata dalla struttura delle bande di energia: nei metalli alcalini (gruppo 1), la banda di valenza non è completamente riempita, permettendo agli elettroni di fluire liberamente e rendendo il materiale un buon conduttore. Nei metalli alcalino-terrosi (gruppo 2), la banda di valenza è piena, ma la banda di conduzione sovrapposta permette ancora il passaggio di elettroni. Questa sovrapposizione è cruciale per la conduzione elettrica e differenzia i metalli dai semiconduttori e dagli isolanti.

Semiconduttori Intrinseci ed Estrinseci

I semiconduttori si classificano in intrinseci ed estrinseci a seconda della loro purezza e composizione. I semiconduttori intrinseci, come il silicio e il germanio, hanno una banda di valenza piena e una banda di conduzione vuota separate da un gap energetico. Con l'aumento della temperatura, alcuni elettroni acquisiscono energia sufficiente per saltare il gap e migliorare la conducibilità. I semiconduttori estrinseci, ottenuti attraverso il processo di drogaggio, hanno impurità che introducono nuovi livelli energetici che facilitano il movimento degli elettroni (o buche) e migliorano significativamente la conducibilità rispetto ai semiconduttori intrinseci.

Meccanismi di Conduzione nei Semiconduttori

Nei semiconduttori intrinseci, la conduzione avviene quando gli elettroni vengono eccitati dalla banda di valenza alla banda di conduzione, lasciando dietro di sé delle buche positivamente cariche che si comportano come portatori di carica positiva. Nei semiconduttori estrinseci di tipo p, gli atomi droganti con tre elettroni di valenza creano livelli accettori vicino alla banda di valenza, mentre nei semiconduttori di tipo n, gli atomi droganti con cinque elettroni di valenza introducono livelli donatori vicino alla banda di conduzione. In presenza di un campo elettrico, queste aggiunte di livelli energetici facilitano il movimento delle cariche e aumentano la conducibilità del semiconduttore.