Dpto. Química Física y Química Inorgánica

El Enlace MetálicoEl Enlace Metálico

Los metalesLos metales

http://www.dayah.com/periodic/

Importancia y PropiedadesImportancia y Propiedades• Las 3/4 partes de elementos del sistema periódico son metales

• Fundamentales en el desarrollo de la humanidad

• Propiedades macroscópicas

• Son sólidos, excepto el Hg y el Ga

• Excelentes conductores del calor y la electricidad en estado sólido

• Alta resistencia mecánica

• Dúctiles y Maleables

• Facilidad para formar aleaciones

• Propiedades atómicas

• Número de electrones de valencia inferior al de orbitales de valencia.

• Energías de ionización pequeñas

• Baja electronegatividad

El enlace metálico El enlace metálico

• Las teorías que se propongan deben explicar:

• el enlace entre un gran número de átomos idénticos en un

metal puro y el enlace entre átomos de metales diferentes en

una aleación

• la gran movilidad de los electrones

• la mayoría de las propiedades de los metales permanecen

incluso cuando el metal está en estado líquido

• Altos números de coordinación

• Enlaces no direccionales

Teoria de Drude: Mar de electronesTeoria de Drude: Mar de electrones

• Conductividad: electrones “libres”• Altos NC: no direccional

Teoría de Drude o del mar de Teoría de Drude o del mar de electrones electrones

Explica la conductividad eléctrica y térmica, la ductilidad y maleabilidad, la formación de aleaciones, los puntos de fusión y las densidades.

Teoría de bandasTeoría de bandas

Basada en la Teoría de Orbitales MolecularesSolapamiento de orbitales atómicos

Formación de orbitales moleculares

Teoría de bandasTeoría de bandas• Formación de bandas.

Teoría de bandasTeoría de bandas• Formación de bandas que explican la conductividad.

Energía de los electrones

Banda de conducción

Banda de conducción

Banda de conducción

Banda de valencia

Banda de valencia Banda de

valencia

a. Aislante c. Conductorb. Semiconductor

Alta diferencia de energía entre las

bandas de conducción y de valencia

Nivel de Fermi

Teoria de bandasTeoria de bandas• En los metales, las bandas estan muy juntas o incluso solapan

• Conductividad.

El traslape permite a los electrones moverse libremente entre las bandas

Multitudes de átomos en cerrada proximidad

Cinco átomos en cerrada proximidad

Átomo simple

Significativo requerido para que un electrón se mueva al próximo nivel más alto

Estructuras de bandas en los Estructuras de bandas en los metales (conductores)metales (conductores)

E E3s3s

3p

2p

2s

1s

2p

2s

1s

NaMg

3p

Estructuras

• Estructuras cristalinas (ordenadas, periodicas)• compactas (máximo empaquetamiento)

• Cubico compacto• Hexagonal compacto

Empaquetamientos compactos

ABAB:hcp

ABCABC:ccp

http://www.hull.ac.uk/php/chsajb/general/closepacked.html

Empaquetamiento hexagonal compacto

• Capas A-B-A-B-A…….

Empaquetamiento cubico compacto

• Empaquetamiento A-B-C

• Azul: capa A

• Dorado: capa B

• Verde: capa C

Estructuras Estructuras

Casi todos estructuras compactas (cubica compacta (fcc) o hexagonal compaca (hc)o muy compactas (cubica centrada en el cuerpo (bcc)

PolimorfismoPolimorfismo

Polimorfismo: un elemento presenta diferentes estructuras dependiendo de las condiciones de P y T

-Fe bcc, estable hasta 906ºC-Fe fcc, estable hasta 1401ºC-Fe bcc,estable hasta el punto de fusión a 1530ºC -Fe hcp, altas presiones

Reactividad de los elementos Reactividad de los elementos metálicosmetálicos

La reactividad de los metales está en relación con la facilidad con la que se oxidan. La tabla de potenciales predice ésta.

Potenciales normales de reducción a 25ºC

Se oxidan fácilmente(Eox>0)

No se oxidan fácilmente(Eox<0)

Espontaneidad de las reaccionesEspontaneidad de las reacciones• La lista de potenciales indica potenciales de reducción (por convenio).

• Para que una reacción sea espontánea E>0• Debe haber dos semirreacciones redox:

• Una de oxidación y otra de reducción: Ecelda = Eº1-Eº2 >0

Ej: Zn2+ +2e- → Znº Eº=-0.13V

2H+ +2e- →2H2 Eº= 0.00V

Como E debe ser >0

Znº → Zn2+ +2e- Eº= 0.76V

2H+ +2e- →2H2 Eº= 0.00V

Znº + 2H+ → Zn2+ + 2H2 +2e- Eº= 0.76V

Zinc se oxida en medio ácido

EjerciciosEjercicios• Teniendo en cuenta los potenciales normales, ¿usaría Zn para

fabricar las tuberías en una planta de ácido sulfúrico?

• De acuerdo a lo que acabamos de ver el Zn se disuelve en ácidos y no se podría usar

Ej: Zn2+ +2e- → Znº Eº=-0.76V

2H+ +2e- →2H2 Eº= 0.00V

Como E debe ser >0

Znº → Zn2+ +2e- Eº= 0.76V

2H+ +2e- →2H2 Eº= 0.00V

Znº + 2H+ → Zn2+ + 2H2 +2e- Eº= 0.76V

EjerciciosEjercicios• Teniendo en cuenta los potenciales normales, ¿usaría Pb para

fabricar tuberías de agua?

Según la tabla de potenciales nomales:

Pb2+ +2e- → Pbº Eº=-0.13V

2H+ +2e- →2H2 Eº= 0.00V

Como E debe ser >0

Pbº → Pb2+ +2e- Eº= 0.13V

2H+ +2e- →2H2 Eº= 0.00V

Pbº + 2H+ → Pb2+ + 2H2 +2e- Eº= 0.13V

Pb se disuelve solo ligeramente. Pero si el pH del agua disminuye, la oxidación puede ser más importante y dar problemas de salud

EjerciciosEjercicios• Utilizando los potenciales normales, explicar por qué el Au existe como metal libre en la naturaleza

Según la tabla de potenciales nomales:

Au3+ +3e- → Auº Eº=+1.49V

O2+ 4H+ +4e- →2H2O Eº= 1.23V

Como E debe ser >0

Auº → Au3+ +3e- Eº=-1.49x4= -5. 92V

O2+ 4H+ +4e- →2H2O Eº= 1.23 x3= +3.69 V

4Auº + 3O2+ 12H+ → 4Au3+ +6H2O Eº= -2.23V

Au no se disuelve en presencia de oxígeno (metal noble) y por eso existe nativo en la naturaleza

BibliografíaBibliografía

• Petrucci, Harwood, Herring. “Química General.

Reactivdad química. Compuestos Inorgánicos y

Orgánicos.” Vol II.

• Shriver, Atkins, Langford. “Química Inorgánica”.