4 Teoría para explicar el enlace y propiedades (conductividad) de un arreglo infinito de átomo a un cristal: Teoría de las bandas




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título4 Teoría para explicar el enlace y propiedades (conductividad) de un arreglo infinito de átomo a un cristal: Teoría de las bandas
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4.4.2. Teoría para explicar el enlace y propiedades (conductividad) de un arreglo infinito de átomo a un cristal: Teoría de las bandas
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Un enlace metálico es un enlace químico que mantiene unidos los átomos (Unión entre cationes y los electrones de valencia) de los metales entre sí. Estos átomos se agrupan de forma muy cercana unos a otros, lo que produce estructuras muy compactas. Se trata de redes tridimensionales que adquieren la estructura típica de empaquetamiento compacto de esferas. En este tipo de estructura cada átomo metálico está rodeado por otros doce átomos (seis en el mismo plano, tres por encima y tres por debajo). Además, debido a la baja electronegatividad que poseen los metales, los electrones de valencia son extraídos de sus orbitales y tiene la capacidad de moverse libremente a través del compuesto metálico, lo que otorga las propiedades eléctricas y térmicas de los metales.



Características de los metales:

Las características básicas de los elementos metálicos son producidas por la naturaleza del enlace metálico. Entre ellas destacan:

1. Suelen ser sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio, y sus puntos de fusión y ebullición varían notablemente.

2. Las conductividades térmicas y eléctricas son muy elevadas. (esto se explica por la enorme movilidad de sus electrones de valencia)

3. Presentan brillo metálico.

4. Son dúctiles y maleables. (la enorme movilidad de los electrones de valencia hace que los cationes metálicos puedan moverse sin producir una situación distinta, es decir, una rotura)

5. Pueden emitir electrones cuando reciben energía en forma de calor.

6. Tienden a perder electrones de sus últimas capas cuando reciben cuantos de luz (fotones), fenómeno conocido como efecto fotoeléctrico.

El enlace metálico es característico de los elementos metálicos, es un enlace fuerte, primario, que se forma entre elementos de la misma especie. Los átomos, al estar tan cercanos uno de otro, interaccionan los núcleos junto con sus nubes electrónicas empaquetándose en las tres dimensiones, por lo que quedan rodeados de tales nubes. Estos electrones libres son los responsables que los metales presenten una elevada conductividad eléctrica y térmica, ya que estos se pueden mover con facilidad si se ponen en contacto con una fuente eléctrica. Presentan brillo y son maleables.

Los elementos con un enlace metálico están compartiendo un gran número de electrones de valencia, formando un mar de electrones rodeando un enrejado gigante de cationes. Los metales tienen puntos de fusión más altos por lo que se deduce que hay enlaces más fuertes entre los distintos átomos. La vinculación metálica es no polar, apenas hay (para los metales elementales puros) o muy poca (para las aleaciones) diferencia de electronegatividad entre los átomos que participan en la interacción de la vinculación, y los electrones implicados en lo que es la interacción a través de la estructura cristalina del metal. El enlace metálico explica muchas características físicas de metales, tales como fuerza, maleabilidad, ductilidad, conducción del calor y de la electricidad, y lustre. La vinculación metálica es la atracción electrostática entre los átomos del metal o los iones y electrones deslocalizados. Esta es la razón por la cual se explica un deslizamiento de capas, dando por resultado su característica maleabilidad y ductilidad. Los átomos del metal tienen por lo menos un electrón de valencia, no comparten estos electrones con los átomos vecinos, ni pierden electrones para formar los iones. En lugar los niveles de energía externos de los átomos del metal se traslapan. Son como enlaces covalentes.
TEORIA DE LAS BANDAS DE ENERGIA

Desde el punto de vista de la Teoría de Orbitales Moleculares, se puede explicar la formación de los OM completamente deslocalizados de los metales mediante el método de aproximación CLOA, dando lugar al modelo de enlace metálico que se conoce como Teoría de bandas: Partamos del caso más simple, en el que cada átomo aporta 1 OA de valencia tipo s y con un solo electrón (caso de los metales alcalinos)


El efecto producido al acercar átomos sucesivos es el de extender ligeramente el intervalo de energía de los OM y reducir la diferencia de energía entre OM consecutivos. Así cuando el número de átomos agrupados es muy elevado las energías de los OM formados van a estar formando prácticamente un continuo de energía, dando lugar a lo que se conoce como banda de orbitales. Los OM más bajos en energía son predominantemente enlazantes y los de más alta energía antienlazantes.

En una banda con N OM pueden alojarse 2N electrones de valencia, con lo que la banda s de los metales alcalinos va a estar semillena.



Para el caso de los metales alcalinotérreos, la banda va a estar totalmente ocupada por los electrones de valencia.

La banda p (formada por combinación lineal de OA tipo p) va a solapar en energía con la banda s, por lo que los electrones situados en esta última banda pueden pasar fácilmente a la banda p al excitarse mediante absorción de pequeñas cantidades de energía.


Así, la conductividad eléctrica y térmica de los metales se puede explicar, mediante la Teoría de bandas, por la presencia de bandas de valencia parcialmente ocupadas o por el solapamiento de la banda de conducción con la banda de valencia totalmente ocupada.

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