Enlace metálico QUÍMICA INORGÁNICA 1. Kenia Zamora R.

Transcripción

1 Enlace metálico QUÍMICA INORGÁNICA 1 Kenia Zamora R.

2 Introducción Los metales tienen un tipo particular de enlace, los podemos analizar como redes metálicas, es decir, tienen un arreglo espacial definido y geométrico que se propaga en el espacio tridimensional infinito. Las celdas metálicas normalmente son de dos tipos: Cubica centrada en la cara. Hexagonal compacta.

3 Estos acomodos resultan especialmente eficientes pues el 74% del espacio está ocupado por las esferas metálicas Los huecos formados entre las esferas se denominan huecos intersticiales

4 También existe la estructura metálico cubica centrada en el cuerpo, pero es menos eficiente en su empaquetamiento Notese que los números de coordinación para los empaquetamientos CCF y HC son 12, mientras que para CCB son ocho, los huecos intersticiales son más grandes y por tanto pueden entrar átomos de radios pequeños.

5

6 El radio metálico está definido como la mitad de la distancia entre un átomo y el vecino más próximo en estado sólido y en una red metálica. El acomodo de los átomos metálicos también depende de su tamaño y del número de coordinación que posean.

7 Teoría de bandas Para sodio metálico [Ne]3s 1 Cada átomo tiene un electrón de valencia en un orbital 3s. Los átomos se encuentran empaquetados de manera muy compacta (muy cerca unos de otros). Los orbitales 3s de cada átomo de Na van a poder combinarse con los dos los demás vecinos. El nº de átomos de Na en un pequeño trozo de Na metálico es enorme. Solo en 23 gr de cristal de sodio hay x átomos y cada uno aporta un orbital 3s Conclusión: se podrán formar x orbitales moleculares El mas bajo sin nodos:

8 En el ejemplo en la banda tendríamos 6.023x10 23 orbitales entre el más enlazante y el más antienlazante. Pero este sería también el número de electrones a situar en esos orbitales por lo que sólo la mitad inferior de la banda estaría ocupada y la mitad superior estaría vacía.

9 A 0 K, los n/2 niveles más estables estarían completamente llenos, y los n/2 niveles menos estables estarían totalmente vacíos. Pero a T 0 K, la situación es menos rígida estos electrones de valencia son de carácter deslocalizado, ya que se encuentran en orbitales moleculares deslocalizados (OMD), pertenecientes a todos los átomos del sólido. Se puede imaginar al Na metálico como un conjunto de iones positivos inmerso en un mar de electrones de valencia deslocalizados. La gran fuerza de cohesión resultante de la deslocalización es en parte responsable de la fortaleza evidente en la mayoría de los metales. Como la banda formada a partir de los orbitales 3s del Na está semillena, y los electrones pueden muy fácilmente ocupar cualquier nivel dentro de la banda, resulta que dichos electrones tiene libertad para moverse a través de todo el metal

10 Esta libertad de movimiento explica que los metales sean capaces de conducir la corriente eléctrica. En consecuencia, el material sería aislante. son los metales alcalinotérreos como el Mg aislantes? Ante la presencia de un potencial eléctrico tiene lugar un flujo neto de electrones en cierta dirección, es decir, conducción eléctrica. Si la banda estuviese llena (todos los niveles totalmente ocupados) no habría posibilidad de flujo neto de electrones en cierta dirección ante la presencia de un potencial externo.

11 Aislantes La teoría de bandas también explica porqué otro tipo de materiales son aislantes y no conducen la corriente eléctrica (madera, vidrio, diamante...). En estos casos, hay una banda de valencia (BV) totalmente llena que está separada por una brecha (gap) energética de la primera banda vacía (la banda de conducción, BC).

12 Finalmente en los semiconductores no hay solapamiento entre BV y BC, existe band gap. Pero, en los semiconductores intrínsecos, la anchura del band gap es lo bastante pequeña como para que, a T > 0 K, la energía térmica de los electrones sea suficiente para promocionar algunos de BV a BC.