Unión Metálica

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Habilidades para Desarrollar

Describir la unión metálica usando la teoría MO

Anteriormente discutimos el “modelo electrón-mar” de la unión metálica en la sección de introducción y las secciones de características metálicas. Este es un buen momento para revisar esas secciones, antes de describir un mejor modelo. ¿Por qué necesitamos un modelo diferente para la unión metálica que el modelo electrón-mar? Aunque explica algunas propiedades generales de los metales, como la maleabilidad y la conductividad, no explica las propiedades relativas de los metales, como su dureza y puntos de fusión. Estas propiedades dependen de cuán fuerte sea la unión en los metales. Por el modelo electrón-mar, podríamos pensar que más electrones hacen que los enlaces sean más fuertes, por lo que la dureza y el punto de fusión aumentarían en toda la tabla periódica.

Podemos explicar estas propiedades usando la teoría MO. En este caso, imaginamos combinar muchos orbitales atómicos (1 o más por cada átomo) para hacer e igual número de MO que se extienden sobre todo el sólido. Algunos MO tendrán menos nodos y serán de menor energía, mientras que otros tendrán más nodos y serán de mayor energía. Cada MO puede contener no más de 2 electrones. El llenado de los MOS de menor energía (MoS de unión) hace que los enlaces sean más fuertes, razón por la cual los metales alcalinos tienen puntos de fusión bajos y son blandos (no muchos MO de unión llenos). Llenar los MoS de mayor energía (MoS antiadherentes) hace que los enlaces sean más débiles, razón por la cual Cu, Ag, Au y Zn son blandos y se funden a bajas temperaturas (¡Hg es un líquido a RT!).

Cuando tenemos un número realmente grande de MO, suceden algunas cosas interesantes. Un mol de Fe es de aproximadamente 7 mL o 7 cc (una cantidad bastante pequeña). En cada átomo de Fe, tenemos 1 4s orbitales orbitales, 5 orbitales 3d y 3 orbitales 4p que pueden estar involucrados en la unión. En un topo de Fe, tenemos 9 veces el número de AOS de Avogadro que pueden estar involucrados en la vinculación. Eso es alrededor de 10 ²⁴ OA, lo que significa el mismo número de MO. Simplemente no hay espacio para tener mucha diferencia de energía entre todos esos MO. Los MO tienen que tener energías no muy diferentes de los OA (definitivamente son cada vez más altos, pero no demasiado), por lo que se limitan a un rango relativamente estrecho de energías. Esto significa que las energías forman bandas en lugar de separar los niveles de energía.

Podemos empezar a ver cómo sucede esto imaginando una línea de átomos de Li. A medida que aumentamos el número de átomos de Li, los orbitales se acercan más. Cuando el número de átomos de Li alcanza el infinito, los MO se acercan infinitamente.

Formación de una banda en una cadena de átomos de Li: los niveles de energía MO se acercan a medida que aumenta el número de MO, hasta que ya no están separados.

La teoría de bandas explica la conductividad de los metales: para que los electrones se muevan, los electrones tienen que ser capaces de cambiar los MO sin ganar mucha energía. Si una banda está parcialmente llena de electrones, pueden cambiar fácilmente estados porque hay estados vacíos casi la misma energía que los estados completos. Podemos decir que las bandas de los orbitales s, p y d deben superponerse en los metales, porque los metales alcalinotérreos son conductores. Si hubiera una brecha de energía entre la banda s y la banda p o d, no conducirían porque la banda s estaría llena.

Enlaces externos

Colaboradores y Atribuciones

Emily V Eames (City College of San Francisco)