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Titolo: Disposizione degli atomi nel Cu ed nel Si

Sto cercando di capire, partendo dalla configurazione elettronica degli elementi, qual è la forma del reticolo nel quale si dispongono gli atomi nei casi di Rame puro e Silicio puro.
 
La configurazione elettronica "esterna" del rame è 3d10, 4s1.
 
Se penso che il livello 4 è incompleto iniziano i dubbi:
 
- se degli atomi di Cu si legano fra loro, lo faranno per raggiungere l'ottetto, ovvero riempendo gli orbitali 4s e 4p?
 
- oppure penseranno ad occupare anche gli orbitali 4d e 4f, visto che al livello 4 sono associati anche questi orbitali?
 
Detto questo, come si posizionano gli atomi di Rame nel retticolo?
In altre parole che forma ha la cella elementare?
 
Nel caso del Silicio puro la configurazione elettronica esterna è 3s2, 3p2.
Non riesco a capire il ragionamento da fare per immaginare la disposizione dei 5 atomi di Silicio che costituiscono la cella elementare.
 
Intuisco che ci saranno 4 atomi nei vertici di un tetraedro ed un quinto al centro ma non so che ragionamento fare per arrivarci.
 
Grazie a tutti.

 Grazie a tutti.
 
 
 
 
 
-- 
la firma la setto dopo

Allora, ti illustro il ragionamento che sono riuscito a "cotruirmi".
 
La "cella elementare" del cristallo di Si puro è costituita da 5 atomi: lo evinco dalle rappresentazioni schematiche presenti in tutti i libri di elettronica (nelle quali ogni atomo di Si è circondato da altri 4).
 
Detto questo, mi sono chiesto: qaul è la forma solida che permette di avere 5 punti disposti in un maniera modulare (cioè che si possa ripetere)?
 
Risposta: il tetraedro.
 
Poi mi sono chiesto: è possibile fare un ragionamento che porti un atomo di Si ad avere gli orbitali che possano permettere la "cotruzione" di questo tetraedro?
 
Risposta.
La configurazione elettronica esterna del Si è 3s2, 3p2.
Il Si dovrebbe puntare al completamento degli orbitali 3p.
Posso pensare che, a temperature ordinarie, un elettrone del 3s sia promosso in un livello 3p così da avere configurazione esterna 3s, 3p3.
 
A questo punto posso pensare ad una ibridazione sp3 così da avere 4 orbitali disponibili per i legami con altri 4 atomi di Si e disposti proprio secondo il modulo previsto.
 
Fatto questo ragionamento (che potrebbe anche funzionare) non riesco a capire come possa incastrarsi in questo reticolo un atono di Boro (nel caso di drogaggio) o un atomo di Fosforo (nel caso di un altro tipo di drogaggio).
 
Quello che dicono i libri di elettronica in mio possesso è che questi atomi di impurezze vanno a sostituire alcuni atomi di Si nel reticolo.

 Quello che dicono i libri di elettronica in mio possesso è che questi atomi di impurezze vanno a sostituire alcuni atomi di Si nel reticolo.
 
Un B(-) (2s^2, 2p^2) o un P(+) (3s^2, 3p^2)hanno la stessa configurazione 
elettronica esterna del Si, facendo astrazione del numero quantico principale,
 o, come si suol dire, sono isoelettronici e potrebbero adattarsi a sostituire 
il Si in un cristallo. 
Un cristallo di una sostanza pura è buono se presenta pochissimi difetti, i 
quali sono di vari tipi.
Un B ogni 1000 Si (non so o non ricordo le percentuali di drogaggio) non 
altera la struttura cristallina, che è quella del silicio; stesso discorso 
per il fosforo. 
Il boro in mezzo a tanti atomi di silicio si adatta alla sua struttura 
cristallina pur mancando di un elettrone; tende a prendersi un elettrone 
divenendo B(-), lasciando così una lacuna in un atomo di Si vicino o lontano 
(passando attraverso i Si contigui); oppure, non lo fa e allora è esso stesso a 
costituire una lacuna: si ottiene silicio drogato p.
Un atomo di fosforo, adattandosi al reticolo del silicio, viene ad avere un 
elettrone di troppo e lo deve sistemare in un orbitale a più alta energia; può 
disfarsi dell'elettrone in più divenendo P(+), e questo elettrone può essere 
preso da un atomo di Si vicino o lontano (passando per i Si contigui); in ogni 
caso abbiamo un elettrone in più che non trova casa nella struttura cristallina 
di silicio, ossia abbiamo un silicio drogato n.
In un diodo isolato la regione p presenta un lieve eccesso di elettroni, migrati 
dalla regione n: qualche B è B(-) e qualche P è P(+); questo si verifica di preferenza intorno alla giunzione (separare due cariche opposte di poco costa 
meno energia che separarle di tanto, in distanza) e di qui viene la cosiddetta 
zona di svuotamento.
 
Ciao
Patrizio

 
 
 
-- 
1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)
 

 Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)
 
Ciao
Patrizio

Addendum
 
Il band gap del boro elementare qui dice che sia 1,50-1,56 eV:
https://www.thoughtco.com/boron-element-facts-606509
 
Dà il calore di evaporazione, 504,5 kJ/mol ma, credo, a formare 
molecole B2: chissà?
 
Uno schema per isolanti, semiconduttori e metalli che può essere utile è qui:
https://it.wikipedia.org/wiki/Banda_proibita#/media/File:Struttura_elettronica_a_bande-Metallo_Semiconduttore_Isalante-.png
 
 
Poi cerco altri dati
 
Patrizio

 boro devo cercarlo, ma è quasi sicuro che sia compreso in mezzo.
 
quindi il concetto di banda si applica anche al diamante ?
Se è così, allora ho detto una cavolata parlando di legami 
covalenti localizzati puri

capisco.
Ormai che ci hanno messo il morso, non lo toglieranno a gara 
finita :\


 >> quindi conduttori, colori metallizzati).
 
Infatti, come sopra.

Eh, purtroppo; non capiscono, o fanno finta, che quella in presenza è proprio 
un’altra cosa. Pur se è vero che gli studenti siano recentemente, e in media, 
meno propensi a sfruttare al meglio una lezione (diciamo così), a volte anche 
a migliorarla (perché no), l’interazione resta un’opportunità importante.


Intervengo per qualche commento su punti particolari.
Di mettermi a spiegare le bande, non ci penso proprio.
Non è roba che si possa spiegare a parole, e bisogna sapere la m.q.
 
Comunque sì, il modello a bande si applica a qualsiasi cristallo
ideale.
Non so che cosa accade con cristalli non ideali, con imperfezioni,
dislocazioni, vacanze...
Si tratta però di un modello approssimato, che ha i suoi limiti, anche
se ha un forte potere esplicativo.
L'appross. consiste nel trattare gi elettroni come non interagenti e
soggetti solo a un potenziale periodico.
Il fenomeno più macroscopico che non si può spiegare con questa
semplificazione è la superconduttività (v. coppie di Cooper).
 
Un dato che ho trovato in wiki, alla voce "boron": il band gap è 1.6
eV.
 
Due parole in più sulla cella elementare di un cristallo e in
particolare del diamante.
La stechiometria non c'entra, o meglio è una conseguenza di una
prescrizione geometrica. Se così non fose, come si definirebbe una
cella elem. per un cristallo elementare (con un solo tipo di atomi)
come appunto il diamante?
 
La definizione di cella elementare è: il più piccolo volume che
affiancato a tante copie identiche riproduce la geometria (simmetria)
del cristallo.
In altre parole: il cristallo viene generato per ripetute traslazioni
della cella elementare.
Va detto che la def. non porta a un'unica possibilità: sono sempre
possibili celle di forma diversa (ma volume uguale) che soddisfano il
requisito detto.
 
Vediamo il caso del diamante (e del silicio), che è tra i meno
intuitivi.
Nel file
htpp://
www.sagredo.eu/temp/silicio.pdf
 
trovate una figura dove gli atomi di silicio sono indicati con pallini
neri, i legami sono linee tratteggiate, mentre le linee intere formano
un reticolo cubico, che potete interpretare cone un sistema di
coordinate.
 
C'è dunque un atomo in (0,0,0), un altro nel centro del primo cubetto,
cui do coord. (1,1,1), altri tre in (2,2,0), (2,0,2), (0,2,2).
Si potrebbe pensare che una traslazione di (1,1,1) ripeta la cella, ma
non è così, perché in (2,2,2) non c'è un atomo, che invece ci sarebbe
in (3,3,3) (ma non è segnato, non so perché: la figura ha 14 anni...)
e c'è in (4,4,4).
Invece le traslazioni (2,2,0), (2,0,2), (0,2,2) vanno bene.
Notate che i cubetti di lato 2, anche se avrebbero tutti un atomo al
centro, non sono equivalenti. Per questo motivo non vedete quegli
atomi nella figura.
Per es. il cubetto in basso a destra non ha i due atomi sulla faccia
in basso nella stessa posizione di quello alla sua sinistra.
Quindi la cella elementare non può essere un cubetto di lato 2.
Un cubetto di lato 4 genera per traslazioni tutto il cristallo, ma è
troppo grande.
La soluzione è un *romboedro*, come nell'altra figura (silicio1.pdf).
I vertici estremi sono (0,0,0) e (4,4,4). Gli altri hanno ccordinate
(2,2,0), (2,0,2), (0,2,2), (4,2,2), (2,4,2), (2,2,4).
La cella contiene 2 atomi (gli 8 ai vertici sono a comune ciascuno tra
8 celle).
Il volume del romboedro è 16, quindi il volume per atomo è 8.
 
Termino mettendo le mani avanti: non sono sicuro al 100% che tutto ciò
che ho scritto sia giusto.
Vediamo se la notte porta consiglio :)
 
 
-- 
Elio Fabri
 

 Il boro più del carbonio?! Ad essere sincero, ho qualche dubbio.
 
A pag. 278, capitolo Carbon c'è una tabella che riporta, tra l'altro, le 
entalpie di sublimazione della grafite e del diamante e queste sono, rispettivamente, 715 e 710 kJ/mol.
Quindi, con questi valori la strana discrepanza andrebbe a posto.
Tuttavia, la sublimazione non è ancora atomizzazione e poi occorrerebbe 
che gli atomi formati non siano in uno stato eccitato. 
Quindi per l'atomizzazione allo stato fondamentale di C il valore potrebbe 
essere più elevato.

 perché: la figura ha 14 anni...) e c'è in (4,4,4).
 
Ora ho capito. In realtà mancano anche altri atomi al centro dei
cubetti: (3,1,1), (1,3,1), (1,1,3).
Sono i 4 cubetti non equiAvlenti al primo quelllo col sentro in (1,1,1).
Infatti anche le traslazioni (2,0,0), (0,2,0), (0,0,2), come (1,1,1),
non lasciano invariante il reticolo.
 
 
--
Elio Fabri
 

 a migliorarla (perché no), l’interazione resta un’opportunità importante.
 
ho idea che, dopo alcune manovre di distrazione di segno 
opposto, tirino a realizzare forti risparmi stabili con la 
digitalizzazione.


 digitalizzazione.
 
Sì, pure io.


 una qualche consistenza, in parte si può ovviare.
 
la mia difficoltà non è tanto energetica (so che il silicio 
ha un guscio "d" vuoto di energia non poi così mostruosa, 
visto che forma anche SiF6(2-) discretamente stabile) ... è 
proprio che geometricamente non riesco a capire come si 
sovrappongano gli orbitali per originarne altri "estesi", se 
è vero che il silicio è "sp3" e che questi ibridi sono 
ortogonali a 109,5°.
 
 
L'unica sovrapposizione SIGMA-sigma* a "medio raggio" che mi 
viene in mente è ad es. quella di una eliminazione 
antiperiplanare, nel qual caso l'interazione non è tra 
legami sigma adiacenti in effetti, ma alterni. E' 
un'interazione a 4 centri e 4 elettroni (non so però la 
struttura energetica del sistema, conosco solo il requisito 
stereochimico).
 
Altri sistemi dove forse opera questa mobiltà sigma è in una 
classe di reazioni che non ho mai capito granché bene, le 
reazioni tipo "ene-reaction" e le trasposizioni 
sigmatropiche. Non mi sono famigliari ... e potrebbe essere 
una caratteristica rilevante per interpretare il caso della 
interazione degli OA per dare OM in un cristallo (nella 
ene-reaction è un fenomeno di scala intra-molecolare ... ma 
in un solido lo stesso principio, ripetuto, produrrebbe 
effetti a scala globale)


Scusate ma tra le cose che non mi sono chiare c'è questa.
Il Boro (che ha configuraz. elettronica esterna 2s2 2p1) come fa ad incastrarsi al posto di un atomo di Si, nella "cella" tetraedrica, circondato da altri 4 atomi di Si?
 
Se il Boro è trivalente, come fa a creare una lacuna...che poi significa un posto vuoto disponibile per accettare un elettrone?
Perchè dovrebbe essere disponibile ad accettare un elettrone?

 Perchè dovrebbe essere disponibile ad accettare un elettrone?
 
per raggiungere la configurazione di gas nobile che gode di 
una stabilità privilegiata. Questo è il COME : il perché io 
non lo so ! Per qualche ragione che ignoro i gusci completi 
(e persino semicompleti) sono più stabili degli altri. I gas 
nobili ci nascono, gli altri ci arrivano contrattando.
 
Il boro nasce di casa elettrondeficiente ... ma cmq sa 
arrangiarsi pure da solo, usando i legami policentrici


Scusami Soviet come fa il Boro ad ibridizzarsi sp3 se sullo strato esterno ha solo 3 elettroni?
L'ibridazione sp3 non dovrebbe implicare la presenza di 4 elettroni nello strato estreno?
 

 
 
ha quattro ORBITALI esterni e li usa tutti.
Uno, evidentemente, anche nell'assetto tipo Hund ad alto 
spin, rimane vuoto. Pazienza : ci metterà qualcosa il silicio.


 Non riesco a capire il ragionamento da fare per immaginare la disposizione dei 5 atomi di Silicio che costituiscono la cella elementare.
 
Su questo ti è già statao fatto notare. La cella elementare del silicio 
diamante è fatta da 2 atomi in un reticolo fcc. In alternativa la stessa 
struttura può essere descritta con una cella convenzional cubica di 8 atomi.
 
Giorgio


grazie del contributo. Ci speravo. O quantomeno di qualcun altro pure 
esperto di stato solido, notoriamente molto rognoso !
