solidos metalicos

Sólidos metálicos. Introducción a la Teoría de las Bandas (TB).

Introducción.

Los metales tienen características muy variadas. Los hay muy duros y muy blandos, fácilmente deformables y rígidos y quebradizos, de temperaturas de fusión muy altas y muy bajas.
Una característica común de los metales es que todos conducen la corriente eléctrica, tienen en su estructura electrones móviles quese pueden desplazar bajo la influencia de un campo eléctrico.
Un modelo de enlace que pueda explicar las propiedades que varían en tan amplio rango condujo a la definición del enlace metálico y a la Teoría de las Bandas (TB). Muchos de los aspectos del comportamiento metálico se pueden entender con relativa facilidad desde el punto de vista cualitativo empleando los modelos de la TB.
En esteepígrafe se explican los principales elementos de la TB aplicada a los metales representativos. Esto se hará empleando un método y terminología familiar al químico y por lo tanto comprensible sin dificultad. El método llamado “Tihgt Binding Method” , se puede considerar una extensión de la TOM a sistemas mas complejos con enlaces extendidos y por lo tanto tiene una clara continuidad con el estudio ydescripción de la estructura molecular.
A partir de esta teoría y con este método se describirán modelos teóricos y para los metales y otros sólidos que permitirán establecer un nexo directo entre la estructura y propiedades de las sustancias sólidas.

Estructura cristalina de los metales.

La estructura cristalina de los metales es sencilla. La mayoría tiene una estructura cristalina que sepuede identificar con alguno de los modelos de empaquetamiento de esferas. En la mayoría de los metales el empaquetamiento es compacto, de forma que los átomos están muy cerca unos de otros y con un espacio mínimo vacío entre ellos. El número de coordinación de las esferas en este tipo de empaquetamiento compacto es muy grande, recuérdese que es igual a doce, por lo que cada átomo metálicointeractúa simultáneamente con otros muchos.
Unos pocos metales presentan otro tipo de empaquetamiento por ejemplo el cúbico centrado en el cuerpo con número de coordinación igual a ocho. Es el caso de los metales grandes del grupo de los alcalinos.


Li
Be
Estructura Cristalina de algunos metales
Na
Mg

K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
PdAg
Cd
In
Cs
Ba
La
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
Tl
Cúbico Centrado en el Cuerpo
Hexagonal Compacto
Cúbico compacto
Otros







Introducción a la Teoría de las Bandas.

La versión de la TB que se explica en este epígrafe es el “Tight Binding Method”, que se basa en el método de la combinación lineal de los orbitales atómicos (CLOA) en la misma forma que ya se explicócuando se estudió la estructura molecular.
Lo mismo que en aquella ocasión el empleo de este método CLOA conduce a descubrir los niveles energéticos y las zonas de ocupación espacial de los electrones alrededor de los átomos. En el caso de las moléculas, se les llamó orbitales moleculares (OM). Cuando se trata de un sólido con enlaces extendidos las CLOAs de todos los átomos de un cristal conducen alos orbitales que se llamaran Orbitales Cristalinos (OC). Conceptualmente ambos tipos de orbitales son iguales en su origen y se distinguen sobre todo por la extensión. Los OC se extienden por todos los átomos del cristal en tanto que los OM se extienden por los átomos de una molécula.
En una molécula cada átomo está enlazado a otros pocos y entre todos determinan la unidad discreta molecular,más allá de cuyos límites no hay interacciones fuertes con otras especies.
En los sólidos, en particular los metálicos, cada átomo interactúa con un gran número de vecinos inmediatos, estos a su vez lo hacen con otros y así sucesivamente. Es a esto a lo que se llama enlace extendido y aunque desde el punto de vista cristalográfico se pueda determinar la unidad básica discreta, la celda unitaria,...