La chimica dei composti intermetallici R2M3X5: studio del legame chimico di Sc2M3Si5 e Y2M3Si5 (M = metallo di transizione)

Abstract

Lo scopo di questa tesi è quello di fornire una nuova descrizione del legame chimico all’interno della vasta famiglia di composti intermetallici R2M3X5 ( R= Ca, Sc, Y, La-Nd, Sm-Lu, Th, U-Pu; M= Mn-Cu, Tc-Pd, Re-Au; X=Si, Ga, Ge, In, Sn). Lo studio si è incentrato dapprima sulla descrizione del legame nei più diffusi prototipi strutturali (mS40, oI40 e tP40), per la composizione Sc2Co3Si5, successivamente l’analisi è stata estesa al composto Sc2Fe3Si5 e alla serie Y2M3Si5 (M= Mn-Cu, Tc-Pd, Re-Pt) per provare ad evidenziare le ragioni chimiche per cui ad una determinata composizione viene preferita una struttura rispetto ad un'altra. L’analisi è stata condotta tramite le moderne tecniche computazionali basate sulla DFT. Tramite questo tipo di conti è stato possibile accedere alle cariche di Mulliken e Loewdin, ai COHP e ai COBI, parallelamente ai corrispondenti valori integrati (ICOHP e ICOBI) che rappresentano la covalenza di un’interazione e l’ordine di legame. Questi strumenti sono implementati all’interno del programma LOBSTER, sviluppato presso l’RWTH Aachen University, all’interno del gruppo del Prof. R. Dronskowski, dove è stata effettuata la maggior parte di questo lavoro di tesi. I risultati ottenuti hanno permesso di evidenziare la natura covalente polare dei composti intermetallici analizzati e di rivelare un fattore chimico determinante per la preferenza strutturale.

The purpose of this thesis is to provide a new description of the chemical bonding within the vast family of intermetallic compounds R2M3X5 (R= Ca, Sc, Y, La-Nd, Sm-Lu, Th, U-Pu; M= Mn-Cu, Tc-Pd, Re-Au; X=Si, Ga, Ge, In, Sn). The study initially focused on describing the bonding in the most common structural prototypes (mS40, oI40, and tP40), for the composition Sc2Co3Si5. Subsequently, the analysis was extended to the compound Sc2Fe3Si5 and the series Y2M3Si5 (M= Mn-Cu, Tc-Pd, Re-Pt) to highlight the chemical reasons why a particular composition prefers one structure over another. The analysis was carried out using modern computational techniques based on DFT. Through these calculations, it was possible to access Mulliken and Loewdin charges, COHP and COBI, alongside their corresponding integrated values (ICOHP and ICOBI), which represent the covalency of an interaction and the bond order. These tools are implemented within the LOBSTER program, developed at RWTH Aachen University, in the group of Prof. R. Dronskowski, where most of this thesis work was conducted. The obtained results allowed us to highlight the polar covalent nature of the intermetallic compounds analyzed and to identify a determining chemical factor for structural preference.