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Física del Estado Sólido: Enlace Iónico, Covalente y Metálico - Prof. Brezenk, Lecture notes of Physics

Estos apuntes de física del estado sólido exploran los diferentes tipos de enlaces químicos que se encuentran en los sólidos, incluyendo el enlace iónico, covalente y metálico. Se analizan las características de cada tipo de enlace, su influencia en las propiedades de los materiales y se presentan ejemplos concretos. El documento también incluye problemas y ejemplos para facilitar la comprensión de los conceptos.

Typology: Lecture notes

2020/2021

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FÍSICA DEL ESTADO SÓLIDO
Bibliografía del curso
1. Kittel C. “Introduction to Solid State Physics”, (2004) John Wiley &Son Ltd
2. McKelvey J.P. (1993) Solid State Physics for Engineering and Materials ScienceKrieger Pub .
Co.
3. Ali Omar M. (1975) “Elementary Solid State PhysicsAddison Wesley Pub. Co.
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FÍSICA DEL ESTADO SÓLIDO

Bibliografía del curso

  1. Kittel C. “Introduction to Solid State Physics”, (2004) John Wiley &Son Ltd
  2. McKelvey J.P. (1993) “Solid State Physics for Engineering and Materials Science” Krieger Pub. Co.
  3. Ali Omar M. (1975) “Elementary Solid State Physics” Addison Wesley Pub. Co.

Unidad III

III.1 Enlace iónico

III.2 Enlace covalente

III.3 Enlace metálico

III.4 Enlaces secundarios

Un cristal es estable solo si su energía total es menor que la energía de los átomos o moléculas cuando están libres

Energía de enlace: Es la energía necesaria para disociar el sólido en átomos

Enlace iónico

r

q^2 

r

q

0

2

4 

SI

CGS

Interacción de Coulomb entre iones

Signo menos para cargas opuestas

Signo mas para cargas iguales

En el caso de un cristal iónico como cada ion siente la energía potencial

atractiva de los iones de carga opuesta vecinos, la suma de todos esos

potenciales es:

r

q Vneto M 0

2

4 

=−

M – constante de Madelung, determina la

intensidad del potencial y se calcula

adicionando la secuencia de contribuciones

atractivas y repulsivas

Esta constante es adimensional y es

característica de la estructura cristalina y no

depende del tipo de ion que la forma

Mfcc=1.7476 , Mbcc=1.

  • PROBLEMA

La fuerza repulsiva tiende a repeler a los átomos de sus posiciones de equilibrio y se debe a las subcapas llenas de los átomos individuales. (Principio de exclusión de Pauli)

n Vrep Ar

=

A- caracteriza la intensidad del potencial

n- coeficiente que determina cuan rápido decrece

el potencial de repulsión con la distancia

Las distribuciones de carga electrónica se solapan a medida que se acercan los átomos

Interacción repulsiva

Efecto de confinamiento Aumenta la energía cinética

La energía resultante es la suma:

neto (^) rn

A

r

q V =− M + 0

2

4 

La separación de equilibrio se

tiene cuando V tiene su mínimo

valor V 0

( r = r 0 )= 0 dr

dV

Relación entre fuerza de enlace (F) y energía de enlace (V)

La fuerza de atracción electrostática disminuye a medida que aumenta la distancia entre los iones

La distancia de equilibrio r 0 corresponde a Fneta=

FUERZAS DE ENLACE

La fuerza de atracción electrostática, FA aumenta a medida que disminuye la distancia entre los iones

neto (^) n r

A

r

q V =− M + 0

2

4 

RELACIÓN ENTRE EL RADIO IÓNICO Y EL PARÁMETRO DE RED

El concepto de factor de empaquetamiento asume que los átomos son

esferas sólidas en contacto

…PERO EN CRISTALES IÓNICOS….

Radio iónico (^) Parámetro de la red

Si rx^  ry

Pueden darse los siguientes casos:

d xy  rx + ry

es independiente de ry

Cristal r 0 (nm) E at (eV) n Estructura

LiF 0.201 8.52 6 fcc

LiCl 0.257 6.85 7 fcc

NaCl 0.281 6.39 8 fcc

NaI 0.324 5.00 9.5 fcc

CsCl 0.356 6.46 10.5 bcc

Propiedades de algunos cristales iónicos