Esaminiamo la configurazione del cristallo di Nichel.
Il reticolo del cristallo di Nichel è definibile di tipo "Cubico a Facce Centrate".
Questo tipo di reticolo è descrivibile come un cubo in cui in ciascuno dei vertici (8) è posizionato un atomo di Nichel come anche al centro di ciascuna delle sue facce (6), per un totale di 14 atomi.
La dimensione del cubo (cioè il lato L) vale circa 352.38pm (pico-metri, 10^-12m).
Fissata questa geometria, si può calcolare la distanza minima tra 2 nuclei di Nichel come:
Dmin = 1/2 * Rad(2) * L = 0.5 * 1.4142 * 352.38pm = 249.1pm
La distanza massima Dmax tra 2 nuclei di Nichel posizionati sullo spigolo del cubo, risulta ovviamente pari alla dimensione L e vale
Dmax = 352.38pm.
Per semplicità esaminando solo una faccia del cubo.
Si osserverebbero 5 atomi di Nichel, 4 posizionati ai vertici del quadrato ed 1 posizionato al centro del quadrato.
Il Raggio atomico del Nichel è stimato in 124.6pm
La diagonale del quadrato vale [Rad(2)*L] cioè 498.34pm e contiene (quasi esattamente) la dimensione costituita da 3 atomi di Nichel (di raggio 124.6pm) allineati lungo la diagonale del quadrato stesso, cioè disposti in linea ad occupare:
124.6 + 2*124.6 + 124.6 = 4*124.6pm = 498.4pm
Esaminiamo ora dimensionalmente l'Idrogeno.
L'Idrogeno H2 (molecola bi-atomica) ha una distanza stimata tra i suoi nuclei di circa 74.14pm.
Il raggio atomico dell'Idrogeno mono-atomico H è dato nell'ordine dei 37.3pm.
In una ipotesi di prima approssimazione, la molecola di idrogeno H-H, viene ad occupare una dimensione complessiva pari a:
37.3 + 74.14 +37.3 = 148.78pm
mentre un singolo atomo di Idrogeno H 74.6pm.
Supponendo che un atomo di idrogeno possa insediarsi al centro del reticolo CFC sopra descritto, esso (per simmetria) dovrebbe essere in una posizione di "equilibrio forzato" rispetto alle forze elettrostatiche repulsive esercitate su di esso dagli 14 nuclei di Nichel che lo circondano (da verificare meglio, ma pare logico che non vi sia una posizione interna al reticolo che determini una maggiore distanza rispetto a tutti i nuclei di Nichel).
Viene da domandarsi se l'Idrogeno atomico abbia maggiori possibilità di penetrare nel reticolo rispetto alla molecola di H2.
Considerando le dimensioni ipotizzate in precedenza come caso "worst", appare probabile che un atomo di H (che occupa mediamente 74.6pm) sia favorito nel penetrare all'interno del reticolo. La penetrazione potrebbe avvenire attraverso le numerose zone "non occupate" della struttura reticolare (senza collidere od avvicinarsi molto agli atomi di Nichel).
La molecola di H2 (che occupa mediamente 148.78pm) ha invece una possibilità di penetrazione (senza collidere od avvicinarsi molto...) prevalentemente solo in prossimità degli spigoli del cubo.
Ciao Franco,
RispondiEliminaquanto “approssimate” sono le tue misure degli atomi di idrogeno inseriti nel reticolo di Nichel? Immagino che se inserisci un atomo o addirittura una molecola con i relativi elettroni dentro un cristallo nasca un complicato intreccio di orbitali, o non è così?
Puoi rifare i conti nel caso che anziché idrogeno entri il deuterio?
Ciao Mario,
RispondiEliminale considerazioni di cui sopra fanno riferimento alle dimensioni medie date per i raggi atomici.
I meccanismi di assestamento all'interno del reticolo sono certamente complessi ed è verosimile che vadano ad interessare anche gli orbitali elettronici, però è per me difficile intuirne i possibili sviluppi.
Per quanto riguarda il Deuterio, alcune pubblicazioni riportano delle dimensioni atomiche (compresi i gusci elettronici più esterni) di 137pm e ne descrivono l'insediamento nel reticolo di Palladio.
http://www.global-sci.org/jams/volumes/v1n1/pdf/011-87.pdf
Il Palladio ha anch'esso un reticolo tipo CFC di dimensioni 389pm (dimensione leggermente superiore rispetto a quella del Nichel che vale 352pm).
Partendo da questi dati, non mi sentirei di escludere che anche il Deuterio possa insediarsi all'interno di un reticolo di Nichel.