apuntes quimica estado solido

SÓLIDOS NO MOLECULARES
ENLACE en sólidos
MODELO DE BANDAS de SÓLIDOS:
Metales, semiconductores, aislantes
Propiedades magnéticas

ENLACE EN SÓLIDOS:
NO MOLECULARES (enlace fuerte):
IÓNICO: NaCl, MgO, etc.
COVALENTES: C (d), SiO2,

METÁLICO: Na, Fe, Cu3Au, etc
MOLECULARES (enlace débil):
Enlace de hidrógeno: H2O, HF
Van der Waals: Ar, CO2, etc

Es muy común enlace mixto:iónico-covalente;
Iónico-metálico; iónico-covalente-VdW, etc.

ENLACE EN SÓLIDOS,
IÓNICO: cationes y aniones ordenados
electrones localizados
COVALENTES: solapamiento de orbitales,
Orbitales enlazantes y antienlazantes,
electrones localizados

METÁLICO: solapamiento de orbitales,
electrones deslocalizados

Es muy común enlace mixto: iónico-covalente;
Iónico-metálico; iónico-covalente-VdW,etc.

TIPOS DE SÓLIDOS

C.N.Rao, J. Gopalakrishnam-New directions in solid state chemistry,
Cambridge Univ. Press 1ª Ed.(1986)

BANDAS de ENERGÍA

Representación esquemática de Orbitales Moleculares y de una
Banda de energia→ Sólido→ Molécula gigante
0 representa el nivel correspondiente de orbitales atómicos; los
números, los O M ( ó número de atomos del sistema)

El solapamiento deNA orbitales genera bandas
El solapamiento de orbitales y anchura de las bandas depende de la distancia interatómica-

E. G. Ríos, Química Inorgánica,ed. Reverté, 1ª ed (1978)

ESTRUCTURA ELECTRÓNICA de SÓLIDOS: Modelo clásico y cuántico del
electron libre-modelo de BANDAS

Bandas de energía a partir de la
Interacción de N átomos en un cristal

Representación de la energía en funcióndel vector
de onda para una red periódica lineal, en las dos
primeras zonas de Brillouin

CONDUCTORES, AISLANTES y SEMICONDUCTORES
Mediante el modelo de bandas —comportamiento eléctrico de sólidos cristalinos

Conductor

aislante

Formación de electrones de conducción y
huecos según el modelo de bandas

σ=nZeµ

Smart-Moore,
3rd ed-pág.184

ESTRUCTURA DE BANDAS de SÓLIDOSMETAL-Be

Aislante

SEMICONDUCTORES

Esquema del Solapamiento de Orbitales en ÓXIDOS
MO : M, metal de transición

TiO: metálico

NiO: semiconductor
La Banda d se forma para cationes pequeños
carga menor, aniones electropositivos (polarizables)
TiO metálico, TiO2 aislante, GAP= 3.2 eV,
Cu2O, MoO2 semiconductores; CuO, MoO3 aislantes
Cr2O3 mal conductor; MoO3; WO3 buenos conductoresNiO,mal conductor ; NiS, NiSe, NiTe buenos conductores

Campo de simetría octaédrica, Oh

Diagrama de OM para una Unidad Octaédrica {MO6}

Transition Metal Oxides, structure, properties, and Synthesis of ceramic Oxides
Second Ed, Willey-VCH, 1998- by C. N. R. Rao - B. Raveau

Orbitales Moleculares obtenidos de CLOA del metal d y del oxígeno p
para una Unidad Octaédrica {MO6}

(noenlace)

(no enlace)

MnO, FeO,
CoO, NiO

TiO, VO

Bandas: metal

Niveles aislados: aislantes

Diagrama de bandas para sólidos iónicos: NaCl

BV corresponde fundamentalmente a niveles aniónicos
BC corresponde a niveles catiónicos
El “band gap” es muy elevado. Para NaCl ~ 8eV
Cristaloquímica de Materiales, C.Pico-M.L.Lopez-M.L.Veiga,ed. Sintesis (2007)

Diagrama de bandas parasólidos iónicos: KCl

BANDAS de ENERGÍA

Representación esquemática de la disposición de BANDAS de ENERGÏA en
METALES (a), SEMICONDUCTORES (b), AISLADORES (c)
E. G. Ríos, Química Inorgánica,ed. Reverté, 1ª ed (1978)

Comportamiento magnético

Diamagnetismo
Paramagnetismo
Ferromagnetismo
Antiferromagnetismo
Ferrimagnetismo
Spin-glass

Dependencia de la Susceptibilidad magnéticafrente a la temperatura:
Ordenamiento magnético ocurre a las temperaturas de Curie y de Néel
(la region debajo de Tc representa magnetización expontánea)
Paramagnética
χ=C/T
χ=C/(T+θ)
θ

C

constante de Curie

θ

constante de Weiss

TC
TN

temperatura de Curie
temperatura de Neel

Relación estructura electrónica-propiedades magnéticas

Óxidos MO (M=Ti-Ni)
Estructura tipo...