Teorías Fundamentales del Enlace Químico: Metálico, Semiconductores y Orbitales Moleculares

Teoría del Mar de Electrones: Fundamentos del Enlace Metálico

Los átomos metálicos pierden tantos electrones de su capa de valencia como sea necesario para conseguir tener configuración de gas noble (estable). Se forma una red compacta de cationes.

• Se forma una red cristalina donde cada catión se rodea del mayor número posible de cationes vecinos. (Índices de coordinación muy altos).
• Los electrones perdidos son compartidos por todos los cationes y se mueven con libertad entre ellos. Se forma una nube electrónica que actúa como colchón para reducir las repulsiones entre los cationes.
• Buena teoría para explicar propiedades como la conductividad, la ductilidad o el efecto fotoeléctrico.
• No justifica el carácter semiconductor de algunos metales.

Teoría de Bandas: Explicación de la Conductividad

La Teoría de Bandas se aplica a sólidos formados por:

• La unión de átomos con carácter metálico.
• Elementos con electronegatividades parecidas o iguales.
• Redes cristalinas tridimensionales.

La Teoría de Bandas, basada en la Teoría de Orbitales Moleculares (TOM), da justificación a las diferentes formas de conductividad que presentan algunos materiales:

• Cuando interaccionan entre sí dos orbitales atómicos de dos átomos diferentes, se forman dos orbitales moleculares (enlazante y antienlazante).
• Cuando interaccionan N orbitales atómicos, se forman N orbitales de ambos tipos, formando BANDAS (banda de valencia y banda de conducción).

Banda de Valencia (B. Valencia)

• Es la capa más externa.
• Ocupada parcial o totalmente (estado fundamental).
• Los electrones más energéticos ocupan esta banda.

Banda de Conducción (B. Conducción)

• Es la capa más externa.
• Vacía de electrones en estado fundamental.
• Permite el movimiento de los electrones en su interior.

Semiconductores: Clasificación y Mecanismos de Conducción

En los semiconductores, no hay solapamiento entre bandas, pero el GAP (brecha energética) es pequeño. Esto permite el movimiento de los electrones por la capa de conducción solo en situaciones especiales.

Semiconductores Intrínsecos

• Son semiconductores puros.
• Al aumentar la temperatura (T), el número de electrones que pueden alcanzar la banda de conducción aumenta, favoreciendo la conductividad.
• Presentan doble capacidad de conducción:
  • Movimiento de los huecos vacíos.
  • Movimiento de los electrones en la capa de conducción.
• Ejemplos: El Silicio y el Germanio.

Semiconductores Extrínsecos

• Son semiconductores intrínsecos dopados.
• Se les añade una pequeña cantidad de algún otro elemento (generalmente del grupo 13 o 15 de la Tabla Periódica) para modificar sus propiedades conductoras.

Tipo p (Aceptores)

• Impureza aceptora de electrones.
• Impurezas del grupo 13 (Boro, Galio, etc.).

Tipo n (Dadores)

• Impureza dadora de electrones.
• Impurezas del grupo 15 (Fósforo, Arsénico, etc.).

Teorías del Enlace Covalente

T.E.V. (Teoría de Enlace de Valencia)

• Los enlaces se forman cuando las nubes electrónicas de los átomos implicados en el enlace se solapan.
• Cada orbital atómico contiene un electrón que aporta al enlace.

T.O.M. (Teoría de Orbitales Moleculares)

• Cuando se acercan dos átomos, sus orbitales atómicos se combinan uno a uno para formar nuevos orbitales, llamados orbitales moleculares.
• Estos orbitales pertenecen a la molécula como un todo.

T.O.H. (Teoría de Orbitales Híbridos)

• La hibridación es una combinación lineal de orbitales atómicos que da lugar a la formación de otros llamados orbitales híbridos.
• Tienen una configuración diferente en función de los orbitales atómicos que los formen.