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PINCAY LUCAS MARLON ALEXISOSTAIZA GONZALES ALFONSO
MOLÉCULAS Y SÓLIDOS
INTRODUCCIÓN
La hermosa simetría y regularidad de los sólidos ha estimulado y permitido rápidos avances en el campo de la física de estado sólido en el siglo XX.
ENLACES MOLECULARES
La energía de una molécula estable es mejor que la energía total de los átomos separados.
Cuando dos átomos están separados pos una distancia infinita, la fuerza eléctrica entre ellos es cero.
ENLACES MOLECULARESA medida que los
átomos se aproximan entre sí, actúan tanto fuerzas atractivas como repulsivas.
La energía potencial de un sistema de átomos puede ser positiva o negativa, dependiendo de la distancia entre átomos constituyentes.
ENLACES MOLECULARES
La energía potencial total de un sistema de dos átomos puede aproximarse por una expresión de la forma:
mn r
B
r
AU
Donde r es la distancia de separación internuclear, Ay B son
parámetros asociados con las fuerzas atractivas y repulsivas, y,
n y m son enteros pequeños.
ENLACES MOLECULARES
En la figura 43.1 se grafica la energía potencial total versus la distancia de separación internuclear para un sistema de dos átomos.
ENLACES MOLECULARES
Energía potencial total como función de la distancia de separación internuclear de un sistema de dos átomos.
Enlace iónico
Cuando dos àtomos se combinan de tal manera que uno de ellos proporciona uno o màs de sus electrones exteriores al otro, el enlace formado se denomina Enlace Iónico.
Los enlaces iónicos se deben fundamentalmente a la atracción de Coulumb entre iones con cargas opuestas.
Enlace covalentes
Un enlace covalente entre dos átomos es uno en el cual los electrones suministrados por uno o ambos son compartido.
Fuerzas de van der Waals
El primer tipo, denominado fuerza de dipolo-dipolo es una interacción netre dos moléculas.
El segundo tipo, la fuerza de dipolo-dipolo inducido, resulta cuando una moléculas polar que tiene un momentod de dipolo es diferente de cero.
El tercer tipo se llama fuerza de dispersión, una fuerza atractiva que ocurre entre dos moléculas no polares.
Fuerzas de van der Waals
La Energía y Espectros moleculares
La energía de la molécula puede dividirse en cuatro categorías:
1) Energía Electrónica, debida a interacciones entre los electrones y núcleos de las moléculas.
2) Energía Traslacional, la cual se debe al movimiento del centro de masa de la molécula a través del espacio.
3) Energía Rotacional, debida a la rotación de la molécula alrededor de su centro de masa, y
4) Enegía Vibratoria, consecuencia de la vibración de los átomos constituyentes de la molécula.
vibrottrasel EEEEE
Movimiento rotacional de una molécula
Una molécula diatómica alineada a lo largo del eje x sólo tiene dos grados de libertad rotacionales, lo que corresponde a rotaciones alrededor de los ejes y y z.
Si w es la frecuencia angular se rotación alrededor de uno de estos ejes, la energía cinética rotacional de la molécula en torno a dicho eje se puede expresar en la forma:
2
2
1IwErot
Donde I es el momento de inercia de la molécula, dado por:
22
21
21 rrmm
mmi
Movimiento vibratorio de las moléculas
De acuerdo con la mecánica clásica, la frecuencia de vibración para este sistema es
Donde de nuevo u es la masa reducida.
k
f2
1
Como se esperaba, la solución de la mecánica cuántica a este sistema muestra que la energía está cuantizada, con energías permitidas
Donde v es un núemro cuántico vibratorio.
,...2,1,0)2
1( vhfvEvib
El enlace metálico
Se caracteriza por una fuerza atractiva neta entre los núcleos de ión positivo y los electrones móviles libres de un metal.
En un sólido cristalino los niveles de energía del sistema forman un conjunto de bandas.
Los electrones ocupan los estados de más baja energía, con no más que un electrón por estado.
En la teoría de los electrones libres de metales los electrones libres llenan los niveles cuantizados en concordancia con el principio de exclusión de Pauli.
El número de los estados por unidad de volumen disponibles para los elctrones de conducción con energías entre E y E+dE es:
1)(
/)(
2/1
TkEE BFe
dEEcdEEN
Donde C es una constante, y EF es la energía de Fermy.
Semiconductor
Es un material que tiene un energía de desdoblamiento de aproximadamente 1 eV y una banda de valencia que está llena en T=0 K. Debido a su pequeña energía de desdoblamiento, un número significativo de electrones puede excitarse térmicamente desde la banda de valencia hacia la banda de conducción
Un semiconductor de tipo n, en tanto que uno dopado con átomos impuros aceptores se conoce como semiconductor de tipo p. Los niveles de energía de estos átomos de impurezas caen dentro de la energía de desdoblamiento del material.
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