Ayuda De Materiales

Teoría de bandas en la conducción eléctrica (I)
Niveles electrónicos en un átomo aislado
• Orbitales s, p, d, f: niveles de energía discretos y números cuánticos
• Ocupación de los orbitales: Principio de exclusión de Pauli (dos electrones en cada distinto nivel de energía)
Niveles electrónicos en un sólido (Unión de N átomos, donde N es del orden de 1023)
• Necesidad de superponer N orbitaless, N orbitales p, N orbitales d…
• Ocupación de los N orbitales: Principio de exclusión de Pauli (dos electrones en cada distinto nivel de energía).
• Los orbitales de cada átomo deben, por tanto, diferenciarse levemente de los de otro átomo para que el sólido pueda contener los 2N electrones
• Ensanchamiento de los orbitales en una banda (o rango de energías)


Teoría de bandas en la conduccióneléctrica (II)
• Los electrones del sólido rellenan progresivamente las bandas de menor a mayor energía.
• Las bandas internas llenas NO colaboran al transporte de carga eléctrica pues no hay posibilidad de excitar un electrón a otro nivel vacío.
• La banda externa o última SÍ puede colaborar a las propiedades eléctricas del material:
– Banda externa llena: los electrones pueden ser excitados a otrabanda superior (necesariamente vacía)
– Banda externa no llena: los electrones pueden ser excitados a niveles energéticos superiores (vacíos) de la misma banda o a otra banda superior (necesariamente vacía)


Teoría de bandas en la conducción eléctrica (III)
• La última banda de orbitales electrónicos de un sólido que contenga electrones se denomina banda de valencia.
• La primera banda deorbitales electrónicos de un sólido que contenga niveles de energía vacíos (no ocupados) se denomina banda de conducción
• La energía del último nivel energético ocupado a T=0 K se denomina energía de Fermi
• Conducción eléctrica de carga: un aporte de energía adicional excita a los electrones de la banda de valencia hasta los niveles de la banda de conducción:
-La carga eléctrica podrá ser transportadapor dichos electrones de la banda de conducción o por los huecos dejados en la banda de valencia (corriente eléctrica de electrones o huecos)
-La fuente de energía adicional puede ser la excitación térmica o la aplicación de un potencial eléctrico externo




La conductividad eléctrica en los metales (I)
Estructura de bandas de los metales de la columna IA (tabla periódica),
p.ej. el sodio
– En elcaso del sodio, 1s22s22p63s1
– La última banda s está semillena (banda de valencia) y muy lejos de la siguiente banda p. Existe entre ellas una gran diferencia energética: gap de energía
– Sin embargo, los electrones (3s) son excitados muy fácilmente dentro de la misma banda a los niveles vacíos.
– La banda 3s es, simultáneamente, la banda de valencia y de conducción
– Alta conductividadeléctrica



La conductividad eléctrica en los metales (II)
Estructura de bandas de los metales de la columna IIA (tabla periódica), p.ej. el magnesio
– En el caso del Magnesio, 1s22s22p63s23p0
– La última banda s está llena y se solapa con la última banda p vacía (bandas de valencia y conducción mezcladas).
– Los electrones (3s) son excitados muy fácilmente a niveles vacíos superiores y muy cercanos(3p). Alta conductividad eléctrica
Estructura de bandas de los metales de la columna IIIA (tabla periódica), p.ej. el aluminio
– En el caso del Magnesio, 1s22s22p63s23p1
– La última banda s está llena y se solapa con la última banda p semillena (bandas de valencia y conducción mezcladas).
– Los electrones (3s y 3p) son excitados muy fácilmente a niveles vacíos superiores y muy cercanos (3p). Altaconductividad eléctrica.

La conductividad eléctrica en los metales (III)
Estructura de bandas de los metales de transición
• Columnas IIIB hasta VIIIB, (p.ej. desde el Sc hasta el Ni):
– Banda d parcialmente ocupada
– Solapamiento d-s
– Interacciones magnéticas que dificultan la conductividad eléctrica (orbitales f)
• Columna IB: Cu, Ag y Au
– Banda d llena: electrones d fuertemente ligados al...