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Enlace Metálico y

elementos semi conductores 17 – 10- 2016

-Candón Ángeles Yazmin. -Chan Contreras Karla Paola. -Chávez Garduza Dinorah. -García Morales Luz Mariana. -Morales Torres Karla Janet. -Villalobos Hernández Fabiola Lizbeth

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Instituto Tecnológico Superior de Coatzacoalcos División de Ingeniería Industrial

Agosto-Diciembre 2016

PORTAFOLIO DE EVIDENCIAS QUÍMICA Semestre:

1°

Fecha de entrega:

Nombre del Docente:

Grupo:

E

17 / oct / 2016

María de Jesús Navarro Hernández

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Enlace Metálico Un enlace metálico es un enlace químico que mantiene unidos los átomos (unión entre núcleos atómicos y los electrones de valencia, que se juntan alrededor de éstos como una nube) metales entre sí. Estos átomos se agrupan de forma muy cercana unos a otros, lo que produce estructuras muy compactas. Se trata de líneas tridimensionales que adquieren estructuras tales como: la típica de empaquetamiento compacto de esferas (hexagonal compacta), cúbica centrada en las caras o la cúbica centrada en el cuerpo. En este tipo de estructura cada átomo metálico está dividido por otros doce átomos (seis en el mismo plano, tres por encima y tres por debajo). Además, debido a la baja electronegatividad que poseen los metales, los electrones de valencia son extraídos de sus orbitales. Este enlace sólo puede estar en sustancias en estado sólido. Los metales poseen algunas propiedades características que los diferencian de los demás materiales. Suelen ser sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio, y tienen un punto de fusión alto. El enlace metálico es característico de los elementos metálicos. Es un enlace fuerte, primario, que se forma entre elementos de la misma especie. Al estar los átomos tan cercanos unos de otros, interaccionan sus núcleos junto con sus nubes electrónicas, empaquetándose en las tres dimensiones, por lo que quedan los núcleos rodeados de tales nubes. Estos electrones libres son los responsables de que los metales presenten una elevada conductividad eléctrica y térmica, ya que estos se pueden mover con facilidad si se ponen en contacto con una fuente eléctrica. Los metales generalmente presentan brillo y son maleables. Los elementos con un enlace metálico están compartiendo un gran número de electrones de valencia, formando un mar de electrones rodeando un enrejado gigante de cationes. Pág|4

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Muchos de los metales tienen puntos de fusión más altos que otros elementos no metálicos, por lo que se puede inferir que hay enlaces más fuertes entre los distintos átomos que los componen. La vinculación metálica es no polar, apenas hay diferencia de electronegatividad entre los átomos que participan en la interacción de la vinculación (en los metales, elementales puros) o muy poca (en las aleaciones), y los electrones implicados en lo que constituye la interacción a través de la estructura cristalina del metal. El enlace metálico explica muchas características físicas de metales, tales como maleabilidad, ductilidad, buenos en la conducción de calor y electricidad, y con brillo o lustre (devuelven la mayor parte de la energía lumínica que reciben).

La vinculación metálica es la atracción electrostática entre los átomos del metal o cationes y los electrones des localizados. Esta es la razón por la cual se puede explicar un deslizamiento de capas, dando por resultado su característica maleabilidad y ductilidad. Los átomos del metal tienen por lo menos un electrón de valencia, no comparten estos electrones con los átomos vecinos, ni pierden electrones para formar los iones. En lugar los niveles de energía externos de los átomos del metal se traslapan. Son como enlaces covalentes identificados. Pág|5

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ELEMENTOS SEMICONDUCTORES Los primeros semiconductores utilizados para fines técnicos fueron pequeños detectores diodos empleados a principios del siglo 20 en los primitivos radiorreceptores, que se conocían como “de galena”. Ese nombre lo tomó el radiorreceptor de la pequeña piedra de galena o sulfuro de plomo (PbS) que hacía la función de diodo y que tenían instalado para sintonizar las emisoras de radio. La sintonización se obtenía moviendo una aguja que tenía dispuesta sobre la superficie de la piedra. Aunque con la galena era posible seleccionar y escuchar estaciones de radio con poca calidad auditiva, en realidad nadie conocía que misterio encerraba esa piedra para que pudiera captarlas. En 1940 Russell Ohl, investigador de los Laboratorios Bell, descubrió que si a ciertos cristales se le añadía una pequeña cantidad de impurezas su conductividad eléctrica variaba cuando el material se exponía a una fuente de luz. Ese descubrimiento condujo al desarrollo de las celdas fotoeléctricas o solares. Posteriormente, en 1947 William Shockley, investigador también de los Laboratorios Bell, Walter Brattain y John Barden, desarrollaron el primer dispositivo semiconductor de germanio (Ge), al que denominaron “transistor” y que se convertiría en la base del desarrollo de la electrónica moderna. Los "semiconductores" como el silicio (Si), el germanio (Ge) y el selenio (Se), por ejemplo, constituyen elementos que poseen características intermedias entre los cuerpos conductores y los aislantes, por lo que no se consideran ni una cosa, ni la otra. Sin embargo, bajo determinadas condiciones esos mismos elementos permiten la circulación de la corriente eléctrica en un sentido, pero no en el sentido contrario. Esa propiedad se utiliza para rectificar corriente alterna, detectar señales de radio, amplificar señales de corriente eléctrica, funcionar como interruptores o compuertas utilizadas en electrónica digital, etc. Pág|6

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Lugar que ocupan en la Tabla Periódica los trece elementos con características de semiconductores, identificados con su correspondiente número atómico y grupo al que pertenecen. Los que aparecen con fondo gris corresponden a “metales”, los de fondo verde a “metaloides” y los de fondo azul a “no metales”.

Esos elementos semiconductores que aparecen dispuestos en la Tabla Periódica constituyen la materia prima principal, en especial el silicio (Si), para fabricar diodos detectores y rectificadores de corriente, transistores, circuitos integrados y microprocesadores. Los átomos de los elementos semiconductores pueden poseer dos, tres, cuatro o cinco electrones en su última órbita, de acuerdo con el elemento específico al que pertenecen. No obstante, los elementos más utilizados por la industria electrónica, como el silicio (Si) y el germanio (Ge), poseen solamente cuatro electrones en su última órbita. En este caso, el equilibrio eléctrico que proporciona la estructura molecular cristalina característica de esos átomos en estado puro no les permite ceder, ni captar electrones. Normalmente los átomos de los elementos semiconductores se unen formando enlaces covalentes y no permiten que la corriente eléctrica fluya a través de sus cuerpos cuando se les aplica una diferencia de potencial o corriente eléctrica. En esas condiciones, al no presentar conductividad eléctrica alguna, se comportan de forma similar a un material aislante.

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TABLA DE ELEMENTOS SEMICONDUCTORES Número Nombre del Atómico Elemento

Grupo en la Tabla Periódica

Electrones Categoría en la última órbita

48

II A

Metal

Cd (Cadmio)

5

B (Boro)

13

Al (Aluminio)

31

Ga (Galio)

49

In (Indio)

14

Si (Silicio)

32

Ge (Germanio)

15

P (Fósforo)

33

As (Arsénico)

51

Sb (Antimonio)

16

S (Azufre)

34

Se (Selenio)

52

Te (Telurio)

2 e-

+2

e-

+3

4 e-

+4

5 e-

+3, -3, +5

6 e-

+2, -2 +4, +6

Metaloide 3 III A

IV A

Metal

Metaloide No metal

VA

VI A

Números de valencia

Metaloide No metal Metaloide

Incremento de la conductividad en un elemento semiconductor La mayor o menor conductividad eléctrica que pueden presentar los materiales semiconductores depende en gran medida de su temperatura interna. En el caso de los metales, a medida que la temperatura aumenta, la resistencia al paso de la corriente también aumenta, disminuyendo la conductividad. Todo lo contrario ocurre con los elementos semiconductores, pues mientras su temperatura aumenta, la conductividad también aumenta. En resumen, la conductividad de un elemento semiconductor se puede variar aplicando uno de los siguientes métodos: Pág|8

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  

Elevación de su temperatura Introducción de impurezas (dopaje) dentro de su estructura cristalina Incrementando la iluminación.

Con relación a este último punto, algunos tipos de semiconductores, como las resistencias dependientes de la luz (varían su conductividad de acuerdo con la cantidad de luz que reciben. Resistencia dependiente de la luz (LDR), conocida también como fotorresistor o célula fotoeléctrica. Posee la característica de disminuir el valor de su resistencia interna cuando la intensidad de luz que incide sobre la superficie de la celda aumenta. Como material o elemento semiconductor utiliza el sulfuro de cadmio (CdS) y su principal aplicación es en el encendido y apagado automático del alumbrado público en las calles de las ciudades, cuando disminuye la luz solar.

La conductividad eléctrica de los cuerpos materiales (σ) constituye la capacidad que tienen de conducir la corriente eléctrica. La fórmula matemática para hallar la conductividad es la siguiente:

Como se puede apreciar en esta fórmula, la conductividad (σ) se obtiene hallando primeramente el resultado de la recíproca de la resistencia (o sea, 1/R) multiplicándolo a continuación por el resultado que se obtiene de dividir la longitud del material (L) entre su área (A). En esa fórmula se puede observar también que la resistencia (R) es inversamente proporcional a (σ), por lo que, a menor resistencia en ohm de un cuerpo, la conductividad resultante será mayor. Pág|9

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Introducción Los metales poseen propiedades que los han hecho indispensables para el desarrollo del hombre. En nuestros días, tenemos un contacto diario con los metales, los cuales utilizamos en diversas formas, debido a las propiedades que los caracterizan. Por ejemplo, es muy difícil cortar la carne con un cuchillo de plástico, pero es más fácil con un cuchillo de metal. Por otro lado, calentamos el agua en una tetera metálica, pero no podemos hacerlo eficientemente en una jarra de vidrio. En este trabajo abordaremos principalmente el tema de los enlaces metálicos el cual es la fuerza que mantiene unidos a los átomos de un metal. Produce estructuras muy compactas, ya que se trata de redes tridimensionales que adquieren la estructura muy parecida a la de un “empaquetamiento de esferas”. En este tipo de estructura cada átomo esta por doce átomos; seis en el mismo plano, tres por encima y tres por debajo. De las innumerables propiedades físicas y químicas que podemos encontrar en cualquier elemento de la naturaleza, como electrónicos que somos, la única que nos interesa es la facilidad para permitir el paso de electrones a través de ellos, esto es, lo que se conoce con el nombre de corriente eléctrica. Un material que permita fácilmente este paso se dice que tiene buena conductividad. En la naturaleza existen tres tipos de materiales según sea su comportamiento frente al paso de la corriente eléctrica: Conductores, aislantes y semiconductores. El semiconductor es el caso intermedio, donde es posible el paso de electrones pero no tan fácilmente como en los conductores, ya que necesitan un ayuda extra, sería como una tubería con un rejilla de goma que pudiésemos cerrar o abrir según las necesidades. Este último tipo es el que nos ocupa pues es el material con el que se fabrican los dispositivos electrónicos. Los semiconductores más importantes, utilizados actualmente, son el Germanio (Ge) y el Silicio (Si), ambos tienen cuatro electrones de valencia. Pág|3

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Conclusión Se puede concluir que estos enlaces tienen propiedades muy diferentes, y esta diversidad individualiza nuestro ambiente aunque estas moléculas sean infinitesimales y gracias a eso forman estructuras muy exóticas, y los enlaces definen estas formas, desde la extraña molécula del agua y sus cristales únicos hasta el cloruro de sodio, conocida mejor como la sal de mesa y sus cúbicos y simples cristales. Por ejemplo sabemos que los átomos del sodio y del cloruro son muy diferentes al cloruro de sodio, esto viene porque el sodio es un sólido metálico activo que se puede cortar con un cuchillo en cambio el cloro es un gas venenoso y verdoso que tiene un olor fuerte e irritante el cloruro de sodio es un sólido cristalino blanco que es comestible. En conclusión podemos determinar que un semiconductor es un material intermedio en su capacidad para transportar carga.

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Índice Introducción…………………………………………pág.|3 Desarrollo: Enlace Metálico………………………………………………pág.| 4-5 Elementos Semiconductores……………………………………pág.|6-7 Tabla de elementos semiconductores……………………………………pág.|8 Incrementos de la conductividad en un elemento semiconductor………………………………………pág.|8-9 Conclusión……………………………………………pág.|10 Cuestionario………………………………………….pág|11

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Cuestionario 1.- Define, ¿qué es un enlace metálico? R= Un enlace metálico es un enlace químico que mantiene unidos los átomos (unión entre núcleos atómicos y los electrones de valencia, que se juntan alrededor de éstos como una nube) metales entre sí. 2.- ¿En qué estado deben estar las sustancias para que se pueda llevar a cabo este enlace? R= en estado sólido. 3.- El enlace metálico explica muchas características físicas de metales, menciona algunas: R= maleabilidad, ductilidad, buenos en la conducción de calor y electricidad, y con brillo o lustre 4.- ¿Qué características poseen los elementos semiconductores? R= poseen características intermedias entre los cuerpos conductores y los aislantes, bajo determinadas condiciones esos mismos elementos permiten la circulación de la corriente eléctrica en un sentido, pero no en el sentido contrario. 5.- Menciona algunos elementos semiconductores: Cd (Cadmio) B (Boro) Al (Aluminio) Ga (Galio) In (Indio) Si (Silicio) Ge (Germanio) P (Fósforo)

Sb (Antimonio) S (Azufre) Se (Selenio) Te (Telurio) As (Arsénico)

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