Transcripción alternativa:

cell-1x8-1 Coordination number 8 ** FACTOR DE EMPAQUETAMIENTO: Factor de empaquetamiento: porción del espacio de una celdilla unidad que está ocupado. Compartida entre 2 celdas (c) N= n° de esferas de la celda V-volumen que ocupa una esfera V volumen de la celda atom at 8 comers 1 atom in center MODELO DE EMPAQUETAMIENTO DE ESFERAS: En los sólidos moleculares, las moléculas ocupan en el retículo cristalino una posición fija en el ordenamiento interno del sólido. a) b) c) Atoms/unit cell-(x)+1-2 1/8 a cada lado 1/4 a cada lado Mitad a cada lado 1: 1/8 x 8 3:½ x 6 1/8 atom at 8 corners Coordination number 8 Cuando se sublima 12 no se rompe el enlace covalente sino las fuerzas de dispersión. En la celda unidad hay 2 átomos de l2, es decir, 4 moléculas. 4 unidades de l₂: 1/8 atom at 8 corners Simple cubic Body-centered cubic 1 atom at center at 8 comers 1/2 atom at 6 faces in center 1/8 atom at 8 corners Face-centered cubic Atoms/unit cell-x)+1-2 RELACIÓN ENTRE EL RADIO ATÓMICO Y LAS DIMENSIONES DE UNA RED CÚBICA: FE= El 52% está ocupado. =2×28 SCC a=2r FE= Esferas por celda: (8 vértices x 1/8)= 1 Volumen ocupado = 1 x Vesfera 1× (³) (2r)3 Li Be K Na Mg Rb Cs Ba 141 NXVE Vc CCP TT = = 0,52 FACTOR DE EMPAQUETAMIENTO El 68% del espacio ocupado HCP FE= Y Cr Mn Zr Nb Mo Tc Ru Hr Ta W Re bee b²=a² + a² 2²²=a² + b² = 3a² c=√3a=4r a=4r Esferas por celda: (8 vértices x 1/8) + (1 centro) = 2 Volumen ocupado = 2 x Vesfera Sm Eu Gd POLIMORFISMO EN METALES: Los metales son generalmente polimórficos: - Presentan estructuras alternativas función de P y T. - En la tabla se presentan las estructuras estables comunes de los metales. BCC FE= 2 x NXVE Vc < (nr³) n√3 (+) hc (4 H) = 0,68 8 Ho Er AI Ga Ag Cd In Sn Hg TI Tm Yb other fee b=4r b²=a² + a² 16r² = 2a² a = √8r El 74% del espacio ocupado FE = NXVE Vc Esferas por celda: (8 vértices x 1/8) + (6 caras x 1/2) = 4 Volumen ocupado = 4 x Vesfera FE= ² (nr³)_ _2n (√8r)³ 3√8 4 x Los sólidos tienen una estructura u otra según la temperatura y la presión a la que estén. = 0,74 CARACTERÍSTICAS DE LOS METALES: Propiedades Brillo intenso apariencia plateada o grisácea Densidades altas (con excepciones) Os: d=22,61 (Li: d=0,53) sugiere altos indices de coordinación Ag+ Ag+ Justificación desplazamiento de átomos fácil (enlace no direccional) Cualquier modelo de enlace debe dar cuenta de estas propiedades Ag+ La mayoría son fácilmente mecanizables Ag+ maleabilidad: (láminas delgadas) ductilidad: (hilos finísimos) e- e-Ag+ La entalpia de atomización es la necesaria para romper los enlaces y pasarlo a estado gaseoso del estado ordinario. Ag+ El Ga se funde bien pero la vaporización le cuesta más. El grafito tiene el punto de fusión más alto porque no vale con romper las fuerdas de Van der Waals entre las láminas sino que también hay que romper los enlaces covalentes del interior de las láminas. Los metales tienen fuerzas de enlace más grandes en comparación con los sólidos moleculares. INTENSIDAD DEL ENLACE METÁLICO: La intensidad del enlace metálico es muy variable - Hg: comparable con las fuerzas intermoleculares. - W: comparable a la fuerza de un enlace covalente. MODELOS DE ENLACE EN METALES: Mar de electrones: Modelo sencillo e intuitivo que explica la mayoría de las propiedades de estos sólidos. Ag+ Ag+ Ag+ e-Ag+ Ag+ e-Ag+ e Ag Ag Buenos conductores calor y electricidad W=3410°C Ti-Cu>1000°C Zr-Pd, Hf-Pt >1500°C Excepciones: Ag+ Punto de fusión altos (con excepciones) Alcalinos (Li: 180⁰, Cs:28,7°) Ga: 29,9°, In: 157⁰ Hg: -39 °C Ag+ Ag+ Ag+ Metales: densidades altas porque sus átomos están muy bien empaquetados, aprovechando muy bien el espacio. El desplazamiento entre átomos es fácil, por ello son maleables. Aunque no todos los metales tienen estas propiedades. En general, el enlace metálico es muy fuerte pero no todos. Más enlazante 1 2 3 Más antienlazante Teoría de bandas: Formulada por Bloch antes de la aparición de la TOM. Las combinaciones de las funciones de los orbitales atómicos son denominadas funciones de Bloch. • La estructura electrónica de muchos sólidos (no sólo metálicos) puede describirse en términos de bandas de energía que surgen de la aplicación de la teoría de orbitales moleculares. • Considera a los sólidos como moléculas compuestas por un número infinito de átomos. 4 5 6 7 8 9 10 11 12.20... N Anchura de la banda: Es una medida de la localización del enlace que depende del solapamiento de los orbitales: A mayor solapamiento mayor anchura de banda. Mas antieniazante Más antienlazante Orbitales Intermedios Energy 3p Más enlazante 3s Efecto de la distancia interatómica sobre las bandas: La extensión del desdoblamiento depende de la distancia interatómica y comienza con las capas electrónicas más externas ya que son las primeras en ser perturbadas cuando los átomos se unen. LI 2p Li₂ 1₂ LI₂ 0 0 ■ C 16 Orbitales Intermedios ☐ Más enlazante 3s Empty orbitals 28 Distancia interatomica - Occupied orbitals 1s Orbitales LINA moleculares Los niveles están tan juntos que apenas se diferencian. Cuando los niveles se separan mucho más fuerte es el enlace y cuanto mayor es el solapamiento mayor es el enlace. Antienlazantes en banda: muchos nodos cada 2 átomos Cuanto más se acercan los átomos, habrá átomos en los que los orbitales interaccionen más o menos, según las distancias. Normalmente la primera y la última banda están vacias. Most antibonding CRESCER Most bonding Energy 1 mol de Li d=0,534: m.a. 6,941 V=6,941/0,534-12,998 cm³ (cubo de 2,351 cm arista) entre 2 OM's consecutivos la diferencia energética es muy pequeña: serie finita, discreta, de niveles de energia BANDA de NIVELES 4NA Litio: Tiene dos bandas, una viene de los s y otra de los p, que ambas se juntarán por lo que al estar cruzados los electrones se mueven entre las bandas libremente. T=OK 6,023x1023 OA's 2s Población Banda con ............ OM's Nivel de Fermi: el último orbital ocupado si pudiésemos poner a OºK • AT = 0 K los electrones ocupan orbitales moleculares individuales de las bandas de acuerdo con el principio "aufbau". • El orbital de mayor energía ocupado a 0 K se llama nivel de Fermi. • Cuando la banda no está completamente llena, los electrones próximos al nivel de Fermi pueden ser fácilmente promovidos a niveles superiores desocupados. El resultado es que se vuelven móviles y el material es un conductor electrónico. Los hace conductores electrónicos, debido a que los electrones se mueven a través de los niveles electronicos. T>OK Población benda de conducen (vocia) gap estados acion estados ocupados (a) Tipos de estructuras de bandas: • Las propiedades eléctricas de los sólidos son una consecuencia directa de su estructura de bandas. Banda de valencia es la banda donde residen los electrones de valencia de mayor energía. Banda de conducción es la banda desocupada (a 0 K) de menor energía. GAP: Separación entre banda de valencia y banda de conducción. E bende de bande de (b) Bandas en sólidos covalentes: C (diamante) es un aislante eléctrico Conduction band (a) Diamond Band gap-530 k/mol Valence band conduesión banda de ww.ancie ana) (c) La banda de valencia está completamente ocupada. La banda de conducción está suficientemente alejada como para que los electrones no puedan acceder a ella por simple excitación térmica. Conduction band E Band gap-106 kmal Valence band (b) Silicon Metal Metal E banda de conducción velnia (d) Aislante Semiconductor Semiconductor Semiconductor Cúbico Conduction band Band gap-64 kmal Valence band (c) Germanium Aislantes, semiconductores y conductores: La energía térmica puede promover electrones a la banda vacía si la separación energética (gap energético) AE< 100 kJ/mol (<1eV). Elemento Separación entre Tipo de material Diamante Silicio bandas (eV) 6.0 1.1 Germanio 0.7 Estaño gris 0.1 Estaño blanco 0 Plomo 0 a) Sólido conductor, los electrones se pueden mover en los estados vacíos. b) Los electrones se mueven porque están solapados. c) Los electrones no se pueden mover, para ello habrá que proporcionar energía pero alomejor se funde el sólido. (AISLANTE) d) Hay un salto más pequeño, si se aporta un pcoo de energía algunos electrones. saltan y el sólido se vuelvo conductor (SEMICONDUCTOR) Estaño blanco Estable T< 13 °C Estaño gris Inestable Diamante Los sólidos covalentes moleculares se tratan por la teoría de bandas y sale una banda de valencia muy separada a la banda de conducción. Entre átomos de GN no puede haber este tipo de enlace porque se lleva todo, por ello hay fuerzas de Van der Waals. Grupo 14: tienen los mismos electrones, pero la separación entre las bandas es distinta por ello son semiconductores. Según la cristalización el estaño puede ser metal o semimetal. Buenos solapamientos, según la orientación del cristal. De ahí Sn gris o Sn blanco. Los solapamientos y las estructuras de bandas el sóludo cristaliza de una forma u otra, lo que determina sus propiedades. SEMICONDUCTORES: • Existen dos tipos de semiconductividades: Semiconductividad intrínseca: aumentando la temperatura se consigue que los electrones pasen de la banda de valencia a la de conducción. Semiconductividad extrínseca: se genera normalmente añadiendo otra sustancia al semiconductor para que se pueda crear una corriente. A este sistema se le denomina dopaje. Tipo n: se dopa con elementos con más electrones que el elemento principal Phosphorus Conduction band Metallic conductor Valence band P-doped silicon Conduction band Insulator Donor level Valence band Add group 15 atoms n-Type semiconductor + (a) Doping with a group 15 element Semiconductor THI gap Valence band p-Type semiconductor (b) Doping with a group 13 element El dopaje consiste en añadir, bien un elemento de mayor número de electrones que el de partida de modo que se cree una banda llena cerca de la banda de conducción, o bien uno que tenga menor número con lo que se creará una banda vacía más pequeña pero muy próxima a la de valencia. n-type semiconductor /p-type semiconductor I Band gap Conduction band Band gap Valence band Pure silicon Tipo p: se dopa con elementos con menos electrones que el elemento principal Add Conduction band Acceptor level Gallium Ga-doped silicon COMPORTAMIENTO METÁLICO EN OTRAS FASES: • El comportamiento metálico es frecuente en fases sólidas. • En fase líquida la mezcla de orbitales puede ser suficiente como para conservar las propiedades metálicas (caso del Hg). • En fase gaseosa el comportamiento metálico deja de existir. En fase gaseosa los elementos metálicos están formando moléculas como el Li2 o como átomos individuales (Be). ALEACIONES: Son mezclas de metales que presentan las propiedades metálicas típicas pero moduladas a tenor de la función para la que se diseñan. Tienen una enorme importancia biotecnológica. Materiales compuestos por más de un elemento que presentan propiedades típicas de metales. • Clasificación: ✓ Disoluciones sólidas - Disoluciones sólidas de sustitución: los átomos del soluto ocupan posiciones del disolvente. • Se forman si se cumplen las siguientes condiciones: 1. Los átomos de los elementos no se diferencian en más de un 15%. 2. Las estructuras cristalinas de los dos metales puros son las mismas. 3. El carácter electropositivo de los componentes es semejante. • Ejemplos: Au-Cu; Ni-Cu; K-Rb; Mo-W; Ni-Pd - Disoluciones sólidas intersticiales: los átomos de soluto ocupan posiciones intersticiales de la red. • Para que se forme una disolución sólida intersticial, el componente presente en las posiciones intersticiales debe tener un radio mucho menor que los átomos de disolvente. • El alojamiento de átomos de H, B, C o N requiere que el radio del anfitrión no sea inferior a 90, 195, 188 ó 180 pm, respectivamente. ✓ Compuestos intermetálicos Son aleaciones homogéneas que tienen propiedades y composición definida en las que los distintos componentes ocupan posiciones definidas en la estructura. Duraluminio CuAl₂ latón B-CuZn AMALGAMAS: Aleaciones de Hg con otros metales Composición utilizada en ortodoncia: Hg: (50-55%) Ag: (23-35 %) Sn: (1-15% ) Zn: (1-20 %) Cu: 5-20%) • La fijación a los huecos de los dientes se asegura por la inclusión del Hg en la estructura del metal, expandiéndose su red cristalina. Nombre Latón Oro de 18 quilates Acero inoxidable Ni,Al Ni, Mn, Pt,Fe, Au,Cd • A pesar de que el Hg es un elemento muy tóxico es aceptable su uso en ortodoncia ya que, amalgamado, disminuye drásticamente su presión de vapor. Composición (%) Cu: 70-85, Zn: 15-30 Au: 75, Ag: 10-20, Cu: 5-15 Fe: 65-85, Cr: 12-20, C: 0,1...1, otros Propiedad Más duro que el Cu Más duro que el Au (24 kilates) Resistencia a la corrosión cementita CFe, Usos Fontanería Joyería Herramientas