1. Estructura cristalina
1) Hexagonal plana en las capas y trigonal plana respecto a cada átomo de C, con α= 120o, es decir, en cada capa los átomos de C se unen mediante enlace covalente apolar formando anillos hexagonales planos de 6 átomos de C, de forma que cada C se sitúa en el centro de un triángulo equilátero y se rodea de otros 3 átomos de C que se sitúan en los vértices con α= 120o. 2) Las uniones entre los átomos de C de una misma capa son fuertes e iguales, ya que se trata de enlaces covalentes, mientras que las uniones entre las capas son débiles (fuerzas intermoleculares de Van der Waals). 3) Realmente se trata de un sólido intermedio entre los sólidos covalentes y las sustancias covalentes moleculares. 2. Teoría de la hibridación (T.H.) 1) Cada átomo de C forma 3 o.H. (sp2)3
de geometría triangular o trigonal pana con α= 120o, quedando con un o.A. P1 puro. 2) Los enlaces C-C entre caca C y los 3C que le rodean en cada capa, son de tipo σ y se forman por solapamiento parcial de cada uno de los o.H sp2 del C central con uno de los o.H. Sp2 de cada C que le rodea y apareamiento de electrones con espines opuestos en la zona común. 3) Los oa p1 puros solapan entre si formando una nube π que se extiende por toda la capa formada por electrones móviles o deslocalizados. 3. Propiedades 1) Se rompe con facilidad en láminas o placas, debido a que las uniones entre las capas son débiles (fuerzas intermoleculares de Van der Waals). 2) Conduce la corriente eléctrica debido a la existencia de la nube π en cada capa, que posee electrones móviles. 3) Tiene color negro debido a que los electrones de las capas son móviles, lo que les permita captar los fotones de cualquier radiación visible que incide sobre él. EL JABÓN Y LA LIMPIEZA
Para limpiar un tejido manchado de grasa en agua, se utiliza jabón, una sustancia covalente molecular cuyas moléculas tienen una parte polar que se une al agua y una parte apolar que se une a la grasa. De esta forma el jabón arranca la grasa del tejido y la lleva al agua.
A. Teoría del orbital molecular (TOM) 1. Cuando dos átomos se aproximan sus orbitales atómicos (oa) de la capa de Valencia ( CV ) se combinan para formar orbitales moleculares (om), que no están localizados entre los átomos sino que pertenecen a los dos átomos. 2. Se forman tantos om como oa de distintos átomos se combinan. Cuando se combinan 2 oa, de 2 átomos diferentes, se forman 2 om. Los tipos de o.M son: a) om enlazante (σ): es el de menos energía y hace que aumente la densidad electrónica entre los núcleos. b) om antienlazante (σ*): es el de mayor energía y hace que disminuya la densidad electrónica entre los núcleos. Cuando se combinan 3 oa, de 3 átomos diferentes, se forman 3 om, uno enlazante, otro antienlazante y otro de energía intermedia y así sucesivamente. 3. Los electrones de la CV de los átomos se colocan en los om disponibles siguiendo el principio de construcción:el principio de mínima energía, el de exclusión de Pauli y el de máxima multiplicidad o de Hund.
B. Aplicación de la TOM al metal sodio Na. 1. Cuando se combina un gran número de átomos de Na ( N ) en el cristal metálico, se combinan N oa 3s1 (oa de la CV ) formándose N om de energías muy próximas que constituyen la banda
3s del Na, en la que contactan o solapan, la mitad de los om enlazantes (N/2) con la otra mitad que son antienlazantes (N/2). Puesto que en la banda 3s caben 2N electrones y solo hay N electrones en la CV, la banda 3s, estará semiocupada o semillena; los electrones de Valencia ocupan los om enlazantes de menor energía y los om antienlazasntes están vacíos. 2. Por encima de la banda 3s semiocupada, se encuantra la banda 3p, que solapa
3s del Na, en la que contactan o solapan, la mitad de los om enlazantes (N/2) con la otra mitad que son antienlazantes (N/2). Puesto que en la banda 3s caben 2N electrones y solo hay N electrones en la CV, la banda 3s, estará semiocupada o semillena; los electrones de Valencia ocupan los om enlazantes de menor energía y los om antienlazasntes están vacíos. 2. Por encima de la banda 3s semiocupada, se encuantra la banda 3p, que solapa
con la banda 3s y está vacía. La banda 3s es la banda de Valencia (contiene electrones de Valencia) y la banda 3p es la banda de conducción (primera banda de energía superior a la de Valencia) 3. El Na es un conductor porque los electrones de la CV se pueden mover por la banda 3s y 3p, es decir, pueden pasar de los om llenos a los om vacíos al aplicar una pequeña diferencia de potencial (ddp). Se dice también que ambas bandas tienen huecos.
C. Conceptos de la teoría de bandas 1. Banda (banda de energía o banda de om): conjunto de om de energías muy próximas que se forman al combinarse el gran número de o.A. De los átomos en un cristal metálico y donde se alojan los electrones. Los electrones ocupan las bandas comenzando por la de menor energía y en orden creciente de energías 2. Tipos de bandas: a) Banda de Valencia: última banda que aloja los electrones de la C.V. Puede estar ocupada total o parcialmente, por los electrones de la C.V.
b) Banda de conducción: banda de energía inmediatamente superior a la banda de Valencia. Puede estar vacía, total o parcialmente, de electrones 4. Zona prohibida o banda prohibida: zona de energías que puede o no, aparecer entre la banda de Valencia y la de conducción, donde no puede haber electrones de Valencia porque no existen om. 5. Los metales conducen la corriente eléctrica porque existe movilidad electrónica, es decir, los electrones se pueden desplazar desde los o.M. Llenos a los vacíos (huecos) al aplicar una pequeña ddp. D. Tipos de materiales según la conductividad eléctrica. 1. Conductores metálicos tipo Na: están formados por la banda de Valencia semillena, que solapa con la banda de conducción que está completamente vacía. Conducen la corriente eléctrica porque los electrones de Valencia tienen movilidad, pudiendo pasar de la banda de Valencia a la banda de conducción al aplicar una pequeña diferencia de potencial ( ddp ). 2. Aislantes: están formados por una banda de Valencia completamente llena de los
electrones de la CV y una banda de conducción vacía, separadas ambas por una zona prohibida muy ancha. No conducen la corriente eléctrica debido a que los electrones no tiene movilidad al no poder pasar de la banda de Valencia a la banda de conducción.
3. Semiconductores: están formados por una banda de Valencia completamente ocupada por los electrones de la CV y una banda de conducción vacía, ambas separadas por una zona prohibida estrecha. Pueden conducir la corriente eléctrica si se consigue que los electrones de la CV puedan pasar de la banda de Valencia a la de conducción, lo que se logra: a) aumentando la temperatura o la presión. b) añadiendo impurezas: porque ellas aportan electrones cuya energía es ntermedia a la de ambas bandas y por tanto del orden de las energías de la zona prohibida
A. Formación del enlace covalente (concepto) 1. El enlace se forma por superposición o solapamiento parcial de las nubes de carga o nubes electrónicas de los orbitales atómicos (oa) de la capa de Valencia (CV) de los átomos que se unen y apareamiento de los electrones con espines opuestos, en la zona común. Para que la superposición de los oa sea efectiva y se forme enlace entre dos átomos, es necesario que los oa de la CV de los átomos que se aproximan tengan: 1) Electrones desapareados y con espines opuestos (fig.3.26 a). 2) Energías parecidas. 3)Tamaño comparable (fig.3.26 a). 4) Orientación adecuada. 2. Los átomos que forman las moléculas conservan su independencia y mantienen inalterados
el resto de sus oa. Y la densidad de carga de los electrones de enlace, se concentra en la regíón del solapamiento de orbitales; se trata de un modelo de enlace de electrones localizados. 3. Esta teoría explica moléculas diatómicas lineales como: Cl2, O2, N2, HCl… Y algunas angulares como H2S y PH3; no explica la geometría de moléculas poliatómicas como: H2O, NH3, CH4.. También explica la fortaleza del enlace o su energía. B. Tipos de enlace 1. Existen dos tipos de enlace con diferente fortaleza y energía: 1. Enlace sigma (σ ): se forma por superposición frontal de los orbitales (fig 3.28.A). 2. Enlace pi ( п ): se forma por superposición lateral de los orbitales. Hay dos zonas de solapamiento, una a cada lado del plano que contiene los núcleos de los átomos (fig 3.28.B). 2. Fuerza de los enlaces (estabilidad): п < σ porque: 1) la superposición frontal es más efectiva que la lateral, 2) existe una mayor repulsión entre los núcleos en el solapamiento lateral que en el frontal.