Enlace metlico

Teora del mar de electrones o gas electrnico

Los tomos metlicos tienen un nmero de electrones reducido en la capa de valencia, de manera que para estabilizarse los pierden quedando como cationes. stos estn localizados y se disponen dando lugar a un empaquetamiento compacto. Mientras que, los electrones de la capa de valencia que han perdido, se mueven con libertad alrededor de los cationes. El nmero de electrones movindose por la red de valencia como electrones de la capa de valencia pierden los tomos metlicos.

El empaquetamiento formado por los cationes tiene forma de red cristalina en tres dimensiones y en ella, los cationes se rodean del mximo nmero de cationes idnticos vecinos posible. Esta red cristalina presenta una serie de huecos o intersticios por los cuales se mueven los electrones, los cuales ya no pertenecen a un tomo, sino a la red cristalina en su conjunto. Los electrones estn deslocalizados dando lugar al gas electrnico o nube electrnica y se desplazan por toda la red actuando como cojn impidiendo la repulsin entre los cationes. Puesto que cabe pensar que al estar tan prximos los cationes y de forma compacta, stos se podran repeler entre ellos. De manera que, la nube electrnica impide dicha repulsin.

Este movimiento libre de los electrones nos permite explicar algunas de las propiedades de los metales:

Conductividad elctrica. Debido al movimiento libre de los electrones, si llegan electrones de una fuente externa al extremo de un alambre metlico, los electrones libres pasan a travs del alambre y abandonan el otro extremo con la misma velocidad, es decir, responden al campo elctrico.

Conductividad trmica. Cuando se aplica calor a la red cristalina, el calor se transporta a travs de vibraciones por los cationes y la nube electrnica.

Fcilmente deformables. La facilidad de deformacin de los metales se explica de manera que al aplicar las fuerzas sobre la red cristalina, las capas de los cationes se deslizan unas sobre otras y los electrones continan desplazndose libremente por los intersticios del mismo modo, de manera que el metal resiste dicha deformacin.

Teora de bandas

Formacin de bandas de energa constituidas por orbitales moleculares con energas prximas, es decir, con diferencias de energa mnimas.

Los electrones de valencia se encuentran en una banda denominada banda de valencia. Debido a que en dicha banda las diferencias de energa entre los niveles ocupados y sin ocupar son tan pequeas, los electrones pueden excitarse fcilmente desde los niveles llenos ms altos a los vacos que se encuentran inmediatamente por encima de ellos. Esta excitacin, que tiene el efecto de producir electrones mviles, puede conseguirse por aplicacin de una pequea diferencia de potencial elctrico a travs del cristal. As es como la teora de bandas explica la capacidad de los metales de conducir la corriente elctrica. Por tanto, la caracterstica principal para la conductividad elctrica es una banda de energa que solo est parcialmente llena con electrones. Esta banda de energa se denomina banda de conduccin.

Segn la teora de bandas se pueden distinguir varios tipos de metales:

METAL:

Banda de valencia semillena y coincide con la banda de conduccin. Ej. Litio.

METAL:

Banda de valencia y banda de conduccin solapadas. Banda de valencia semillena y banda de conduccin vaca. Ej. Berilio (2s2), de manera que los orbitales 2s estn llenos y constituyen la banda de valencia, mientras que los orbitales 2p estn vacos y constituyen la banda de conduccin. Ambas estn solapadas permitiendo la promocin de electrones desde la banda de valencia hasta la banda de conduccin.

METAL SEMICONDUCTOR:

Banda de valencia llena y banda de conduccin vaca. Ambas se paradas como consecuencia de un cierto incremento de energa entre ellas. ste es lo suficientemente pequeo como para que los electrones realicen la transicin entre ambas por medio del aporte de energa trmica o elctrica. Tipos de metales semiconductores:

Intrnsecos. Semiconductores naturales, los cuales no necesitan que tenga lugar el proceso de dopaje para conducir la electricidad puesto que la diferencia de energa entre la banda de valencia y la banda de conduccin es lo suficientemente pequea que permite la promocin de electrones por medio de un estmulo trmico o elctrico. Ej. Silicio (Si: 3s23p2)

Extrnsecos. La magnitud del incremento de energa entre ambas bandas est controlada por la adicin de impurezas. A este proceso se le denomina dopaje.

De tipo-N: Movimiento de los electrones procedentes de tomos dadores a travs de la banda de conduccin utilizando el exceso de electrones.

Ej. Aadir fsforo (P: 3s23p3) al silicio introduciendo ms electrones. De manera que, la banda de conduccin se llena en un porcentaje muy pequeo pudiend haber promocin de electrones en la propia banda de conduccin.

De tipo-P:

Los electrones son promovidos fcilmente al nivel aceptor dejando agujeros positivos en la banda de valencia. La conductividad elctrica en este tipo de semiconductores consiste fundamentalmente en la migracin de agujeros positivos. En este tipo de semiconductores se utiliza el defecto de electrones.

Ej. Aadir galio (Ga: 4s24p1) al silicio puesto que tiene un defecto de electrones respecto al silicio.

METAL AISLANTE:

Banda de valencia llena y banda de conduccin vaca, ambas separadas por un incremente de energa suficientemente grande como para que el movimiento de los electrones est restringido y no puedan promocionarse a la banda de conduccin.