Composto intermetallico
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Con il termine composto intermetallico viene indicato un insieme particolare di composti chimici che non rispettano le classiche regole della valenza e nemmeno la legge delle proporzioni multiple di Dalton. Pertanto vengono anche definiti composti elettronici o composti non daltonici.
Tali composti vengono ottenuti per solidificazione di fusioni metalliche. Ad esempio, solidificando una soluzione in fase liquida di rame e stagno è possibile ottenere i seguenti composti intermetallici: Cu5Sn, Cu31Sn8 e Cu3Sn; risulta evidente che rame e stagno non si legano seguendo semplici rapporti di combinazione multipli e nemmeno seguendo le regole della valenza chimica.
La formazione di composti intermetallici è invece governata da una legge statistica elaborata dal metallurgo britannico William Hume-Rothery e in suo onore definita regola di Hume-Rothery:
- "Il rapporto tra la somma degli elettroni di valenza, dell'ultimo strato e considerando zerovalenti gli elementi dell'ottavo gruppo, dei singoli componenti di un composto intermetallico e la somma degli atomi che lo formano assume caratteristici valori costanti a ciascuno dei quali corrisponde una fase".
Ad esempio:
- FeAl
- somma elettroni di valenza = 0 (Fe appartiene all'ottavo gruppo) + 3 = 3
- somma degli atomi totali = 1 + 1 = 2
- rapporto di Hume-Rothery = 3/2
- Cu31Sn8
- somma elettroni di valenza = 31 · 1 + 8 · 4 = 63
- somma degli atomi totali = 31 + 8 = 39
- rapporto di Hume-Rothery = 63/39 = 21/13
- Cu3Sn
- somma elettroni di valenza = 3 · 1 + 4 = 7
- somma degli atomi totali = 3 + 1 = 4
- rapporto di Hume-Rothery = 7/4
I più comuni rapporti di Hume-Rothery identificano le seguenti fasi intermetalliche, definite fasi di Hume-Rothery:
- fase β, con rapporto 3/2, caratteristica di composti quali CuBe, CuZn, Cu3Al, Cu5Sn, FeAl
- fase γ, con rapporto 21/13, caratteristica di composti quali Cu9Al4, Cu5Zn8, Ni5Zn21, Cu31Sn8, Au5Cd8
- fase ε, con rapporto 7/4, caratteristica di composti quali CuZn3, Ag5Al3, FeZn7, AuZn3, Cu3Sn
Le fasi β cristallizzano in forme cubiche a facce centrate, quelle γ in una forma cubica complessa con aggruppamenti fondamentali di 52 atomi e le fasi ε cristallizzano con reticolo esagonale di dimensioni inusuali.
Le fasi di Zintl, da Eduard Zintl che le caratterizzò per primo, sono costituite da composti intermetallici formati da metalli fortemente elettropositivi, quali i metalli alcalini e alcalino-terrosi e da un metallo meno elettropositivo tipicamente rappresentato da un elemento della prima parte dei blocchi d o p. Sono formati per trasferimento di elettroni dall'elemento più elettropositivo a quello meno elettropositivo e viene spesso rispettata la classica regola della valenza. Esempi di fasi di Zintl sono i composti NaTl, Mg2Sn, CaZn2 e LiZn.
La giustificazione dell'esistenza naturale dei composti intermetallici deriva da calcoli di chimica quantistica, che hanno dimostrato che a tali strutture competono minimi di energia potenziale e qundi dei massimi di probabilità rispetto ad altre distribuzioni atomiche teoricamente prevedibili.
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