Metais e semi-condutores

Teoria da Ligação Química em Metais e Semicondutores
• Pode explicar – Brilho – Condutividade térmica e eléctrica. – Maleabilidade • Estas propriedades estão relacionadas com a mobilidade electrónica

Valentim Nunes, DEQA, IPT, 2007

• Condutividade eléctrica.
– Metais — condutividade diminui com a temperatura. – Semicondutores — aumenta com a Temperatura – Isoladores — condutividade muito baixa.

Teoria de Bandas Ideia básica por trás da descrição da estrutura electrónica dos sólidos é que os electrões de valência doados pelos átomos estão espalhados por toda a estrutura.
~1023 átomos !

Teoria de bandas da condutividade ― os electrões deslocalizados movem-se livremente através de bandas formadas pela sobreposição das orbitais moleculares.
Mg 1s22s22p63s2 ou [Ne]3s2

Comparação dos hiatos energéticos entre a banda de valência e a banda de condução num metal, num semicondutor e num isolador

Berílio e OM
1500 MOs P*

2000 OMs vazias

vazios
1500 MOs p OMs ligantes misturam-se e OMs antiligantes misturam-se 500 MOs σ* 2000 OMs Semi-preenchidas

preenchidos
500 MOs σ 1000 átomos de Be --> 1000 OMs de orbitais s e 3000 OMs de orbitais p 1000 pares de e-

Uma ligação por átomo de Be

Alumínio e OM
Usar 1000 átomos de Al e obter 4000 OM Temos 3000 e- ou 1500 pares Isto preenche 3/4 dos níveis inferiores. 1.5 pares por átomo de Al 2000 OM 2000 OM

Isto resulta em 3/2 ligações por átomo de Al

Silício e OM
Considerar 1000 átomos de Si 2000 OM 4000 e- ou 2000 pares 2 pares por átomo de Si 2000 OM Banda completamente preenchida

Isto dá 2 ligações por átomo de Si

Entalpia de Vaporização
• H de vaporização (ou atomização) é uma boa medida da ligação em sólidos. • M(s) ---> M(g) • Variação de energia = Hvap • Valores de H elevados para os metais de transição indicam a participação de orbitais d.

Entalpia de Vaporização

Nível deFermi

Band gap Nos metais Níveis antiligantes e ligantes Misturam-se O hiato