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Sólidos Metálicos - Metales representativos

Indice del artículo
Sólidos Metálicos
Teoría de los electrones libres en los metales
Metales representativos
Estructura electrónica del Na, Mg y Al
Metales de transición
Conductividad de los metales
Concepto COOP
Quimisorción del CO sobre el Ni
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Metales representativos.

Los metales de los grupos representativos de la tabla periódica tienen en su capa de valencia orbitales ns y np. Los orbitales d están llenos y en niveles internos o vacíos con la más alta energía dentro del nivel de valencia. Para la explicación de la estructura electrónica y el enlace en estos metales basta con discutir la superposición de los orbitales ns y np y la formación de bandas a partir de ellos.

La mayoría de los metales tienen estructuras cristalinas con empaquetamiento compacto, por lo que los átomos están muy cerca unos de otros y con un alto número de vecinos inmediatos. Este hecho condiciona que la superposición de los orbitales sea grande y conduce a la formación de bandas anchas. Otro aspecto de importancia es que en los metales representativos la diferencia de energía entre el subnivel ns y el np es pequeña y esto tiene consecuencias trascendentales en la estructura electrónica.

La figura 1 muestra un gráfico donde se aprecia la energía de los niveles electrónicos del átomo de sodio en función de la distancia internuclear. El valor real en el metal es r0.

Figura 1 Energía de los niveles electrónicos del átomo de sodio en función de la distancia internuclear

Se observa que los niveles más internos 1s, 2s y 2p se mantienen como niveñes discretos en tanto que los orbitales de valencia 3s y 3p forman bandas anchas a la distancia r0.

Los factores antes mencionados, ancho de las bandas y cercanía entre niveles electrónicos ns  y np ,  provocan que la banda que se forma por la CLOA de los orbitales ns se superponga, en términos de energía, con la que se forma a partir de los orbitales np. Esto significa que el fondo de la banda p está  por debajo del tope de la banda s. En la figura 2 se muestra un esquema que ilustra la situación. Se dice que existe una sola banda s+p.

Figura 2. Diagrama de bandas para el sodio.

Bandas s y p superpuestas

para vista animada: click sobre la figura

Cálculos teóricos para el aluminio por ejemplo, indican una superposición de las bandas que es alrededor del doble de la diferencia de energía entre el nivel 3s y el 3p. La figura 3 muestra el espectro XPS del Al donde se observan dos picos bien definidos para los electrones de los niveles 2s y 2p, pero una ancha banda de energía que se corresponde con la parte ocupada de la banda 3s,3p. Del lado derecho se señala esquemáticamente  las ionizaciones electrónicas que corresponden a las señales del espectro. La energía de los niveles de valencia para el átomo de Al son 3s. -10,70 eV y 3p -5,71 eV, es decir, una separación de ?5 eV entre un nivel y el otro. Del espectro XPS se ve que  la parte ocupada de la banda (hasta la energía de Fermi) abarca 11 eV. La parte desocupada, para completar el ancho total,  se extiende por un amplio intervalo de energías por encima de dicho nivel.

Figura 3.  Espectro XPS del Al

La superposición de las bandas ns y np implica que los orbitales cristalinos enlazantes de la banda superior están por debajo de los antienlazantes de la banda inferior. De esta forma hay muchos orbitales enlazantes de baja energía disponibles y esto repercute directamente en la fortaleza del enlace  y la estabilidad del sólido metálico.


Actualizado (Jueves, 01 de Septiembre de 2011 20:24)

 

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