© Mario Izquierdo
Normalmente son sólidos, a excepción del mercurio que se convierte en sólido a lo -39°C y el Cs que funde a temperatura muy baja. Son elementos electropositivos, es decir, que poseen electronegatividad muy baja.
Se compone de átomos iguales, unidos entre si por fuerzas de enlace. Para explicarlo se han establecido dos teorías:
- Teoría del gas electrónico:
Fue la primera en desarrollarse. Dice que los átomos poseen una electronegatividad baja, los electrones no están atraídos por el núcleo. Su potencial de ionización es bajo, por tanto sus electrones externos no están atraídos por el núcleo.
Así, la estructura sería una serie de restos positivos unidos por los electrones externos de cada átomo que no pertenecen al átomos, sino al conjunto.
Ejemplo:
Na(s) (s1), son núcleos de Na rodeados por una nube de electrones s1. Poseen la forma Na+ + e-.
Esta teoría sólo explica que el metal sea conductor.
- Teoría de las bandas: Es complicada desde el punto de vista matemático. Tomando como ejemplo el Na metal, y que está formado por átomos de Na, se puede suponer que es una sucesión continua de átomos de Na. El enlace entre dos átomos de Na sería de la forma:
------
/ \
^ / \
Na + Na ------------> Na2 -+- -+-
\ / v
\ ^ /
-+-+-
v
Si se tienen n átomos de Na y n átomos de Na e interaccionan se formarán 2n orbitales moleculares. Pero los 2n van a ser muy cercanos en E, ya que el enlace no es covalente. Al conjunto de niveles se le denomina banda de energía:
----- -+-
/ \ |
n / \ n |
--- --- | Banda de energía
\ / |
\_____/ |
2n niveles -+-
Ejemplo: Si tenemos 2n átomos de sodio (Na), que han formado una banda, habrá 2n electrones, entonces como en cada nivel caben 2 e-, en la banda tendrán que haber 4n e-.
Para el caso del Na al tener 2n e- se tendrá llena media banda. Si se aplica una diferencia de potencial, los electrones se desplazarán con facilidad y existirá conductividad eléctrica.
En caso de tener un sólido que tiene lleno sólo media banda, el sólido será de carácter metálico:
Sólido
+-------+
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| |
| |
| |
|=======|
|=======|
|=======| Metálico
|=======|
|=======|
Los que dan bandas semiocupadas son átomos con pocos electrones.
La teoría de las bandas expresado de forma esquemática es:
------------- -------------
/ /=============
/ 2n / =============
2 átomos < átomos < =============
\ \ =============
\ \=============
------------- -------------
2n niveles
· Un sólido metálico es el que posee los niveles llenos y vacios muy próximos en energía.
· Un sólido aislante es el que tiene toda la banda llena y una vacia, siendo la energía que los separa, alta:
| |
| |
| |
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+-------+
^
| incremento de la E grande
v
|=======|
|=======|
|=======|
|=======|
|=======|
|=======| Aislante. C (Diamente)
|=======|
|=======|
· Un sólido semiconductor es el que teniendo una banda llena, presenta una banda vacia con una diferencia de energía muy pequeña.
Esto, permite que exista semiconductividad. Los elementos que tienen esta propiedad se encuentran entre los metales y no metales. Algunos ejemplos, son el Ge y el Si.
Dentro de la semiconductividad existen dos tipos:
a) La de tipo 'intrínseco', es decir, la que es propia de ese elemento.
b) La de tipo 'extrínseco'. Se produce introduciendo cambios electrónicos. Esto se puede conseguir introduciendo átomos extraños en pequeña cantidad, lo que se conoce como 'dopar' al elemento.
Por ejemplo, a uno perteneciente al grupo V, doparlo con uno del IV (de 4 e-), creándose así vacantes. O bien, dopar a uno del grupo III con uno del grupo IV, añadiendo así un e-.
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| |
| |
+-------+
^
| incremento de la E pequeña
v
|=======|
|=======|
|=======|
|=======|
Banda de |=======|
valencia -------> |=======|
|=======|
|=======|
Propiedades del enlace metálico:
Las propiedades del enlace metálico se justifican porque los niveles de energía están muy próximos y así pueden absorber un continuo de energía radiante.
· El enlace metálico es fuerte.
· Tienen un número de coordinación elevado, lo que contribuye a su gran densidad.
· El punto de función también es elevado.
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