ENLACE METALICO

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* SOLIDOS METALICOS: 
La unión metálica se produce en los elementos que están hacia la izquierda y 
abajo de la tabla periódica 
 
Me → Me+n + ne− son núcleos del metal (cationes) sumergidos en un mar de 
electrones. Estos últimos hacen de pantalla y evitan que se repelan los núcleos 
metálicos 
Para pasar de un metal LIQUIDO A GASEOSO hay que romper las uniones y 
devolver los electrones a cada elemento para ello requerimos de mucha 
energía. 
Los solido metálicos son solubles en otros solidos de este tipo 
Características: 
1- CONDUCTIVIDAD ELECTRICA ELEVADA: la presencia de un gran número de 
electrones móviles explica porque los metales tienen conductividades eléctricas 
más grandes. La plata es el mejor conductor eléctrico, pero es demasiado caro 
para su uso normal. El cobre con una conductividad cercana a la plata, es el 
metal utilizado en el cableado eléctrico 
2- BUENOS CONDUCTORES DE CALOR: el calor se transporta por los metales por 
las colisiones entre electrones, que producen con mucha frecuencia 
3- DUCTIBILIDAD Y MALEABILIDAD: la mayoría de los metales son dúctiles 
(capaces de estirarse para obtener hilos o cables) y maleables (capaces de 
ENLACE METALICO 
formar laminas delgadas). en un metal los electrones actúan como un 
pegamento flexible que mantiene los núcleos atómicos juntos, los cuales 
pueden desplazarse uno sobre otros. Como consecuencia de ello, los cristales 
metálicos se pueden deformar sin romperse- 
4- INSOLUBILIDAD EN AGUA Y EN OTROS DISOLVENTES COMUNES: ningún metal 
se disuelve en agua, los electrones no pueden pasar a la disolución y los 
cationes no pueden disolverse por ello mismos 
PROPIEDADES: 
1- Son todos solidos a temperatura ambiente, salvo el mercurio, que es líquido. 
Sin embargo, los puntos de fusión y ebullición varían mucho: son bajos en los 
alcalinos y van aumentando hasta lo metales centrales de las series de 
transición, para posteriormente, disminuir de nuevo. Sin embargo, son más 
altos que los elementos no metálicos 
2- Generalmente los metales tienen densidades mayores que los elementos no 
metálicos, debido a su estructura compacto , con alto número de coordinación. 
Pero la densidad varía mucho de unos metales a otros y son los alcalinos los 
que menor densidad tienen, por el contrario, los elementos centrales de las 
series de transición son los de densidades más altas. Esto está de acuerdo con 
la variación de volumen atómico ya que este es muy pequeño para los átomos 
con electrones d. 
3- En cuanto a dureza, su variación es la misma que la observada para la 
densidad. Los metales alcalinos son muy blandos, mientras que el V, Nb, W 
poseen dureza elevada 
4- Tienen alto poder de reflexión, a lo que deben su brillo metálico. La mayoría 
de los metales son blancos plateados, debido a que reflejan todas las 
longitudes de onda de luz que les llegan. Pero hay dos excepciones: el oro que 
es amarillo y el cobre que es rojo, estos colores corresponden a las longitudes 
de onda reflejadas en cada caso, mientras que el metal absorbe las 
complementarias 
5- Son buenos conductores de la electricidad y calor, por estar los electrones 
libres en las bandas de energía 
6- Pueden emitir electrones por excitación luminosa o por excitación térmica, 
es decir efecto fotoeléctrico y efecto termoiónico 
* TEORIA DEL MAR DE ELECTRONES: es una hipótesis que explica un 
fenómeno químico excepcional que se da en los enlaces metálicos entre 
elementos de bajas electronegatividades. Se trata de la compartición de 
electrones entre distintos átomos unidos mediante enlaces metálicos. 
La densidad electrónica entre estos enlaces es tal que los electrones están 
deslocalizados y forman un mar donde se mueven libremente. También puede 
expresarse mediante mecánica cuántica: algunos electrones (normalmente siete 
por átomo) están dispuestos en orbitales con centros múltiples que se estiran 
por la superficie metálica 
 
 
Asimismo, los electrones 
conservan cierta 
localización en el metal, 
aunque la distribución de 
probabilidad de la nube 
electrónica posea una 
mayor densidad alrededor 
de algunos átomos 
específicos. Esto es debido 
a que al aplicarse una 
corriente determinada manifiestan su conductividad en una dirección 
específica. 
 
 
 
 
 
* FUNDAMENTOS 
Los elementos metálicos poseen una gran tendencia a donar electrones de su 
último nivel energético (capa de valencia), debido a su energía de ionización tan 
baja con relación a los demás elementos. 
Sabiendo esto, se podría considerar cada elemento metálico como un catión 
enlazado al electrón de su último nivel energético, que sería más propenso a 
donar. 
Como en un metal se tiene un gran número de átomos que están enlazados 
entre sí, se puede suponer que dicho metal forma un grupo de cationes del 
metal que se encuentran sumidos en una especie de mar de electrones de 
valencia que poseen una gran deslocalización. 
 
Considerando que las fuerzas de atracción electrostática que hay entre el catión 
(carga positiva) y el electrón (carga negativa) tienen a los átomos del metal 
enlazados fuertemente, se imagina a la deslocalización de los electrones de 
valencia comportándose como un adhesivo electrostático que conserva 
enlazados a los cationes del metal. 
De esta manera, se puede inferir que mientras mayor sea el número de 
electrones presentes en la capa de valencia de un metal, esta especie de 
adhesivo electrostático tendrá una mayor fortaleza. 
 
* Propiedades 
La teoría del mar de electrones ofrece una explicación simple a las 
características de las especies metálicas como resistencia, conductividad, 
ductilidad y maleabilidad, las cuales varían de un metal a otro. 
 
Se ha descubierto que la resistencia conferida a los metales se debe a la gran 
deslocalización que presentan sus electrones, la cual genera una fuerza de 
cohesión muy alta entre los átomos que lo forman. 
De este modo, se conoce la ductilidad como la capacidad de ciertos materiales 
de permitir la deformación de su estructura, sin ceder lo suficiente como para 
quebrarse, cuando son sometidos a determinadas fuerzas. 
 
* Deslocalización en forma de capas 
Tanto la ductilidad como la maleabilidad de un metal están determinadas por el 
hecho de que los electrones de valencia se deslocalizan en todas las direcciones 
en forma de capas, lo que hace que estas se desplacen unas encima de otras 
ante la acción de una fuerza externa, evitando el quiebre de la estructura del 
metal, pero permitiendo su deformación. 
Igualmente, la libertad de movimiento de los electrones deslocalizados permite 
que pueda haber un flujo de la corriente eléctrica, haciendo que los metales 
tengan muy buena conductividad de la electricidad. 
Además, este fenómeno de movimiento libre de los electrones permite la 
transferencia de energía cinética entre las distintas regiones del metal, lo cual 
promueve la transmisión de calor y hace que los metales manifiesten una gran 
conductividad térmica. 
 
* Teoría del mar de electrones en cristales metálicos 
Los cristales son sustancias sólidas que poseen propiedades físicas y químicas 
—como densidad, punto de fusión y dureza— que son establecidas por la clase 
de fuerzas que logran que las partículas que los conforman se mantengan 
unidas. 
De cierto modo, se considera que los cristales de tipo metálico poseen las 
estructuras más sencillas, debido a que cada “punto” de la red del 
cristal ha sido ocupado por un átomo del propio metal. 
En este mismo sentido, se ha determinado que generalmente la estructura de 
los cristales de metal es cúbica y se centra en las caras o en el cuerpo. 
Sin embargo, estas especies también pueden tener forma hexagonal y poseer 
un empaquetamiento bastante compacto, lo cual les confiere esa enorme 
densidad que les es característica. 
 
Debido a esta razón estructural, los enlaces que se forman en los cristales 
metálicos son distintos a losque se dan en las demás clases de cristales. En toda 
la estructura cristalina se encuentran deslocalizados los electrones que pueden 
formar enlaces, como se explicó anteriormente. 
* Inconvenientes de la teoría 
En los átomos metálicos existe una pequeña cantidad de electrones de valencia 
en proporción a sus niveles energéticos; es decir, hay una mayor cantidad de 
estados de energía disponibles que la cantidad de electrones enlazados. 
Esto implica que, como hay una fuerte deslocalización electrónica y también 
bandas energéticas que se han llenado de manera parcial, los electrones 
pueden moverse a través de la estructura reticular cuando son sometidos a un 
campo eléctrico proveniente del exterior, además de formar el océano de 
electrones que admite la permeabilidad de la red. 
Así que se interpreta la unión de los metales como un conglomerado de iones 
con carga positiva acoplados por un mar de electrones (de carga negativa). 
Sin embargo, existen características que no se explican mediante este modelo, 
como la formación de determinadas aleaciones entre metales con 
composiciones específicas o la estabilidad de enlaces metálicos colectivos, entre 
otras. 
 
Estos inconvenientes se explican mediante la mecánica cuántica, debido a que 
tanto esta teoría como muchas otras aproximaciones se han establecido con 
base en el modelo más simple de un solo electrón, mientras se intenta aplicar 
en estructuras mucho más complejas de átomos multielectrónicos. 
 
* TEORIA DE BANDAS: 
es aquella que define la 
estructura electrónica 
del solido como un todo. 
Puede aplicarse a 
cualquier tipo de sólido, 
pero es en especial en 
los metales donde se 
reflejan los mayores 
aciertos. Según esta 
teoría, el enlace metálico 
resulta de la atracción electroestática entre los iones cargados positivamente 
y los electrones móviles del cristal 
 
Por lo tanto, el cristal metálico posee un mar de electrones, el cual puede 
explicar sus propiedades físicas. El mar de electrones se forma a partir de los 
aportes individuales de cada átomo metálico. Estos aportes son su orbitales 
atómicos. Las estructuras metálicas son generalmente compactas, mientras más 
compacta sean mayor serán las interacciones entre sus átomos 
En consecuencia, sus orbitales atómicos se solapan para general orbitales 
moleculares muy estrechos en energía. El mar de electrones no es entonces más 
que un gran conjunto de orbitales moleculares con diferentes rangos de energía, 
el rango de estas energías compone lo que se conoce como bandas energéticas 
Estas bandas energéticas están presentes en cualquiera de las regiones del 
cristal, razón por la que se le considera como un todo y de allí proviene la 
definición de esta teoría 
 
* MODELO DE BANDAS DE ENERGIA: cuando el orbital s de un átomo 
metálico interacciona con el de su vecino N=2, se forman dos orbitales 
moleculares: una de enlace y otro de anti enlace 
Si N=3 se forman ahora tres orbitales moleculares, de los cuales el del medio es 
de no enlace 
 
sí N=4 se forman cuatro orbitales y se separan aún más el de mayor carácter 
enlazante y el de mayor carácter antienlazante 
El rango de energía se va ampliando conforme los átomos del cristal adoptan 
sus orbitales. 
Esto trae una consecuencia en la disminución del espacio energético entre los 
orbitales, hasta el punto de que se condensan en una banda, esta banda 
compuesta de orbitales S posee regiones de baja energía y alta energía. 
Sus extremos energéticos tienen baja densidad, sin embargo, en el centro se 
concentra la mayoría de los orbitales moleculares 
Es decir que los electrones corren más rápido por el centro de la banda que por 
sus extremos 
 
 
Si en los átomos 
existen orbitales de 
tipo p disponibles, 
estos se pueden 
solapar originando 
una banda p. como 
los orbitales p 
poseen mayor 
energía se observa a 
menudo la 
separación entre 
banda s y banda p. pero si la banda es ancha y las energía de los orbitales s y p 
de la misma capa no difieren mucho entonces ambas bandas se solapan, este 
solapamiento es el responsable de que los elementos del grupo 2 tengan un 
comportamiento metálico. 
* NIVEL DE FERMI: a temperatura de 0 °K los electrones ocupan los orbitales 
moleculares que forman la banda siguiendo el principio ya explicado. Si cada 
átomo del modelo contribuye a la banda s con 1 electrón, entonces a 
temperatura 0 la mitad de los orbitales que forman la banda estarán ocupados. 
El orbital de mayor energía que se encuentra ocupado se conoce como el NIVEL 
FERMI, y en este caso, estará situado en el centro de la banda. 
La banda de menor energía que se encuentra ocupada o semiocupada se 
conoce como BANDA DE VALENCIA. 
La banda de menor energía que se encuentra vacía se conoce como BANDA DE 
CONDUCCION 
A una temperatura mayor a 0 °K la población de orbitales moleculares que 
forman la banda P, viene dada por la distribución de FERMI-DIRAC, que tiene en 
+ 
cuenta que cada nivel de energía de la banda solo puede estar ocupado por 2 
electrones como máximo. Esta distribución tiene la siguiente forma 
 
1 
 
 E−μ 
e kT 1 
donde μ es el potencial químico o energía de nivel para el 
cual p=1/2. 
 
 
Cuando la banda no está completamente ocupada por los electrones próximos 
al nivel de Fermi pueden, fácilmente, promocionarse a niveles vacíos que se 
encuentra por encima de este, como resultado, los electrones gozan de 
movilidad y pueden moverse libremente a través del sólido, lo cual lo hace un 
buen CONDUCTOR ELECTRICO 
EN UN METAL LA CONDUCTIVIDAD ELECTRICA DISMINUYE CON LA 
TEMPERATURA, lo cual se debe a las interferencias u ondas que se producen 
entre los electrones que se mueven por el sólido y las vibraciones de la red 
cristalinas, provocadas por el movimiento de los átomos. 
La banda ocupada por los orbitales moleculares con los electrones de valencia 
se llama banda de valencia, mientras que la banda formada por los orbitales 
moleculares vacíos se llama banda de conducción. 
En sustancias conductoras, la banda de valencia se solapa energéticamente con 
la banda de conducción que está vacía, disponiendo de orbitales moleculares 
vacíos que pueden ocupar con un mínimo aporte de energía, es decir, que los 
electrones están casi libres pudiendo conducir la corriente eléctrica. 
En los semiconductores y en los aislantes, la banda de valencia no se solapa con 
la de conducción. Hay una zona intermedia llamada banda prohibida. 
En los semiconductores, como el Silicio o el Germanio, la anchura de la banda 
prohibida no es muy grande y los electrones con suficiente energía cinética 
pueden pasar a la banda de conducción, por esa razón, los semiconductores 
conducen la electricidad mejor en caliente. Sin embargo, en los aislantes, la 
banda prohibida es tan ancha que ningún electrón puede saltarla. La Banda de 
conduction east sempre vacía. 
P = 
 
 
 
 
* CONDUCTORES: 
Los metales se caracterizan por su alta conductividad eléctrica. 
Si consideramos por ejemplo el magnesio metálico la configuración electrónica 
es Ne3s2 , de modo que cada átomo tiene 2 electrones de valencia en el orbital 
3s. en un metal los átomos se encuentran en empaques muy cerca unos de 
otros de tal forma que los niveles energéticos de cada átomo de magnesio se 
ven afectados por los átomos vecinos, lo cual da lugar a un traslape de orbitales. 
Estos orbitales tienen energías tan parecidas que se describe en forma más 
adecuada como banda 
Se puede imaginar al magnesio metálico como un conjunto de iones positivos 
inmerso en un mar de electrones de valencia deslocalizados. La gran fuerza de 
cohesión resultante de la deslocalización es en parte responsable de la 
fortaleza evidente en la mayoría de los metales. En virtud de que las bandas de 
valencia y de conducción son adyacentes, se requiere solo una cantidad 
despreciable de energía para promover un electrón de valencia a la banda de 
conducción,donde adquiere libertad para moverse, dado que carece de 
electrones 
son los que dejan traspasar a través de ellos la electricidad. 
Entre éstos tenemos a los metales como el cobre, el berilio 
En general, los metales son conductores de la electricidad 
* SEMICONDUCTORES: Los conductores intrínsecos 
son aquellos en los que la brecha energética entre la 
banda de valencia y la de conducción es lo 
suficientemente pequeña para que la energía térmica 
permita el paso de electrones. 
Por otra parte, los conductores extrínsecos exhiben 
cambios en sus estructuras electrónicas tras el dopado con impurezas, las cuales 
aumentan su conductividad eléctrica. Esta impureza puede ser de otro metal o 
un elemento no metálico. 
TIPO N: si la impureza cuenta con más electrones de valencia, puede aportar 
una banda donadora que sirve como puente para que los electrones de la banda 
de valencia crucen a la de conducción. Los denominamos tipo n por negativos 
son impurezas pentavalentes. Como los electrones superan a los huecos en un 
semiconductor tipo n, reciben el nombre de "portadores mayoritarios", 
mientras que a los huecos se les denomina "portadores minoritarios". 
Al aplicar una tensión al semiconductor de la figura, los electrones libres dentro 
del semiconductor se mueven hacia la izquierda y los huecos lo hacen hacia la 
derecha. Cuando un hueco llega al extremo derecho del cristal, uno de los 
electrones del circuito externo entra al semiconductor y se recombina con el 
hueco. 
 
 
Los electrones libres de la figura circulan hacia el extremo izquierdo del cristal, 
donde entran al conductor y fluyen hacia el positivo de la batería. 
TIPO P: si las impurezas poseen menos electrones de valencia, aporta una banda 
aceptora, la cual acorta la brecha energética entre ambas bandas. Los 
electrones migran hacia esta banda, dejando atrás huecos positivos, los cuales 
se mueven en sentido contrario 
son impurezas trivalentes. Como el número de huecos supera el número de 
electrones libres, los huecos son los portadores mayoritarios y los electrones 
libres son los minoritarios. 
Al aplicarse una tensión, los electrones libres se mueven hacia la izquierda y los 
huecos lo hacen hacia la derecha. En la figura, los huecos que llegan al extremo 
derecho del cristal se recombinan con los electrones libres del circuito externo. 
 
 
 
En el circuito hay también un flujo de portadores minoritarios. Los electrones 
libres dentro del semiconductor circulan de derecha a izquierda. Como hay muy 
pocos portadores minoritarios, su efecto es casi despreciable en este circuito. 
Ejemplo germanio y silicio 
* AISLADORES: son los que no permiten el paso de la corriente eléctrica, 
ejemplo: madera, plástico, etc. 
En un aislante la brecha entre las bandas de conducción y de valencia es 
considerablemente más ancha que en un metal: en consecuencia, se requiere 
mucha mayor energía para excitar a un electrón de la banda de conducción. La 
carencia de esta energía impide la libre movilidad de los electrones. 
 
 
* ESTRUCTURA DE LOS METALES la mayor parte de los metales cristalizan al 
solidificar en tres estructuras cristalinas 
de empaquetamiento compacto. 
 CUBICA CENTRADA EN EL 
CUERPO (BCC): hierro alfa, cromo, 
molibdeno, tantalio, tungsteno, vanadio. 
Numero de átomos = 2 
Propiedades: son materiales resistentes a la deformación 
Factor de empaquetamiento= 0,68 
Numero de coordinación NC=8 
 
 
 CUBICA CENTRADA EN LAS CARAS (FCC): hierro gamma, aluminio, cobre 
níquel, plomo, plata, oro, platino 
Numero de átomos = 4 
Factor de empaquetamiento = 0,74 
Propiedades: se deforma mejor que 
bcc 
La partícula del vértice es compartida 
por 8 celdas unitarios por lo tanto 
tenemos 1/8 de partículas por vértice 
perteneciente a cada celda. 
Numero de partículas por todos los vértices 1/8*8vertices= 1 partícula 
L a partícula que está en el centro de cada cara es compartida por dos celdas, es 
decir que solo la mitad de la partícula es compartida por dos celdas. 
Numero de partículas por todas las caras= 1/2*6 caras= 3 partículas 
Número total de partículas 4 
 
 
 
 
 
 
 
 HEXAGONAL COMPACTA (HCP): berilio, cadmio, cobalto, magnesio, 
titanio, zinc, circonio 
Numero de átomos 6 
Propiedades poco deformables 
Factor de empaquetamiento 0,74 
La partícula de cada vértice es compartida por 6 
celdas, es decir 1/6 de la partícula pertenece a la 
celda 
Numero de partícula por todas los vértices 1/6 
*12= 2 partículas 
Para la base le corresponde 1/2 de cada partícula 
Partícula por todas las bases 1/2*2= 1 partícula 
En el interior hay tres partículas 
Número total de partículas= 6 
* NUMERO DE COORDINACION: Es el número de átomos que están en 
contacto con un átomo en particular del material. El número de coordinación 
puede interpretarse como el número de átomos vecinos próximos que tiene 
cada átomo del material. En la estructura BCC, el átomo ubicado en el centro 
del cubo está en contacto con los 8 átomos de los vértices. El número de 
coordinación para esta estructura es 8. Para la celda simple es 6 y para la FCC y 
HCP es 12, que es el valor máximo. 
* FACTOR O GRADO DE EMPAQUETAMIENTO : Es la fracción del volumen 
de la celda unitaria que es ocupada por los átomos. 
FE = GE = =(Número de átomos por celda) x (Volumen de un átomo)]/ (Volumen 
de la celda unitaria) 
* IMPERFECCIONES 
* Vacancias: Se producen cuando faltan átomos en el ordenamiento 
cristalográfico. Es el defecto puntual más simple. 
* Intersticiales: Se producen con átomos de la misma naturaleza o cuando se 
efectúa una aleación. Algunos se localizan u ocupan espacios libres en la red. 
*Dislocaciones: Se producen cuando existen planos cristalográficos incompletos 
 
 
 
 
 
 
 
 
* NUMERO DE ATOMOS POR CELDA: Cada celda unitaria tiene asociada un 
número promedio de puntos de red. 
Por ejemplo, en la celda BCC, cada átomo de los vértices, es compartido por 8 
celdas diferentes. Esto equivale a plantear que solamente 1/8 de cada átomo 
pertenece a la celda, si tenemos 8 átomos en total de vértices, entonces 
podremos plantear que 1/8 x 8 = 1. Si tenemos en cuenta que tenemos un 
átomo en el centro de la celda, decimos que el Número de átomos = 1 + 1 = 2. 
Para la celda FCC, para los átomos ubicados en los vértices se repite el mismo 
análisis, 1/8 x 8 = 1, para los átomos de las caras, los mismos son compartidos 
por las celdas vecinas a la celda original, o sea, 6 x ½ = 3. Así, el Número de 
átomos para FCC = 1 + 3 = 4 átomos por celda.