estructura y propiedad de los materiales

8/18/2019 Estructura y Propiedad de Los Materiales

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HIBRIDACIONES DEL CARBONO

La hibridación consiste en una mezcla de orbitales puros en un estado excitado

para formar orbitales hibridos equivalentes con orientaciones determinadas en

el espacio.

Hibridación sp3 o tetraédrica

Para los compuestos en los cuales el carbono presenta enlaces simples,

hidrocarburos saturados o alcanos, se ha podido comprobar que los cuatro

enlaces son iguales y que están dispuestos de forma que el núcleo del átomo

de carbono ocupa el centro de un tetraedro regular y los enlaces forman

ángulos iguales de !"# $%& dirigidos hacia los v'rtices de un tetraedro. (sta

configuración se explica si se considera que los tres orbitales $p y el orbital $s

se hibridan para formar cuatro orbitales h)bridos sp*.


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Hibridación sp

Los átomos que se hibridan ponen en 4uego un orbital s y uno p, para dar dos

orbitales h)bridos sp, colineales formando un ángulo de %!#. Los otros dos

orbitales p no experimentan ningún tipo de perturbación en su configuración.

/n átomo de carbono hibridizado sp

(l e4emplo más sencillo de hibridación sp lo presenta el etino . La mol'cula de

acetileno presenta un triple enlace0

a. un enlace de tipo 1 por solapamiento de los orbitales hibridos sp

b.

dos enlaces de tipo 2 por solapamiento de los orbitales $ p.

5ormación de orbitales de enlaces moleculares del etino a partir de dos átomos

de carbono hibridizados sp y dos átomos de hidrógeno.

Ang!o de en!ace


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(s el formado por las l)neas internucleares + o + +. (l ángulo de

enlace determina la geometr)a que tiene la mol'cula, y 'sta a su vez determina

el grado de estabilidad y las propiedades qu)micas y f)sicas de una sustancia.

Hibridación sp3

6i los átomos que enlazan con el carbono central son iguales, los ángulos que

se forman son aproximadamente de !"# $%& , valor que corresponde a los

ángulos de un tetraedro regular.

+uando los átomos son diferentes, por e4emplo ++l*, los cuatro enlaces no

son equivalentes. 6e formarán orbitales h)bridos no equivalentes que darán

lugar a un tetraedro irregular. (sta irregularidad proviene de los diferentes

ángulos de enlace del carbono central, ya que la proximidad de un átomo

voluminoso produce una repulsión que modifica el ángulo de enlace de los

átomos más peque7os. 8s), el ángulo de enlace del 9r + 9r es mayor que el

tetra'drico por la repulsión que originan los dos átomos voluminosos de bromo.

Hibridación sp2

La mol'cula tiene geometr)a trigona! p!ana en la que los ángulos de enlace + + son de $!#.

Hibridación sp

La mol'cula tiene geometr)a !inea! y el ángulo + + es de %!#.

:ipos de hibridación del carbono

Tipo dehibridación

Orbitales Geometría Ángulos Enlace

sp3 4 sp3 Tetraédrica 109º 28’ Sencillo

sp2 3 sp2

1 pTrigonal plana 120º Doble

sp 2 sp2 p Lineal 180º Triple


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Longitd de en!ace

(s la distancia entre los núcleos de los átomos que forman el enlace.

Radio co"a!ente

(s la mitad de la longitud de un enlace covalente entre dos átomos iguales.

;adios covalentes atómicos en unidades ángstrom

Enlaces H C N O F Cl Br I

Simple 0.30 0. 0.0 0.!! 0.!4 0.99 1.04 1.33

Doble " 0.! 0.!1 0.## " " " "

Triple " 0.!0 0.## " " " " "

Enlaces istancia C Energía!"#mol

$ " $ 1%#4 34

$ & $ 1%34 #98

$ ' $ 1%20 811


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#EO$E%RIA $OLEC&LAR

?uestro inter's es conocer la manera en que los átomos en las mol'culas seubican para entregarnos una visión tridimensional de la estructura geom'tricamolecular. oy d)a existen muchos m'todos teóricos y experimentales para

describir la geometr)a final de las mol'culas, sin embargo para nuestros finesbasta con ocupar uno de ellos, elegiremos elm'todo 'SE(R


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La agrupación de los 5 a su alrededor a $!B hace m)nima larepulsión, por lo que la geometr)a molecular es la que semuestra, plana formando $!B , un triángulo equilátero

NH3 Camos a predecir la estructura del ?* mediante pasos aseguir durante el procedimiento referidos a la figura de laizquierda

(ASO (scribir la estructura de LeAis .@bs'rvese que nada se ha establecido aún sobre la verdaderageometr)a.

(ASO 2 +ontar los pares electrónicos y reagruparlos paraminimizar la repulsión. (sta mol'cula presenta - pares deelectrones y lo me4or que se puede lograr es una redistribución

tetra'drica

(ASO 3 /bique los átomos en sus posiciones, los tres compartiendo paresde electrones como se muestra a continuación

(ASO ?ombre la estructura de la mol'cula,básese en la posición de los átomos. ;ecuerdeque colocar los pares electrónicos determina laestructura y que la geometr)a se basa en losátomos. Es incorrecto a/ir)ar -e NH3 estetraédrico. ;ealmente, posee una agrupacióntetra'drica de sus pares electrónicos, pero sugeometr)a, es una pirámide trigonal.

asta el momento hemos tomado casos en que $, * y - pares de electrones seubican alrededor de un átomo del centro. 6in embargo, esto puede ocurrir conD y E pares de electrones tambi'n de modo que conviene mostrar la forma quetodos se agrupan alrededor de un átomo, con el fin de lograr la m)nimarepulsión entre ellos. La :abla a continuación muestra todos estos casos.


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(ste esquema lo ocuparemos ahora para deducir la geometr)a de algunasmol'culas t)picas.

4e1 Febido a que los gases nobles presentan una estructura de capas de

valencia s p completamente ocupadas, siempre se pensó que eranqu)micamente inactivos. 8s), por muchos a7os se le consideró gasesinertes hasta que en "E! varios compuestos de Gr, de He y de ;n fueronsintetizados. /n e4emplo es el compuesto He5 - cuya estructura de LeAis semuetra a la derecha.

?ótese que el átomo He se encuentra rodeado por seis pares de electrones, en total 2 e!ectrones queexige que la forma adquirida por estos seaocta'drica, como se ve en la figura que acompa7a.

La estructura geom'trica dependerá de cómo seestos pares solitarios y los enlaces se ubiquen. Lasposibilidades son como las que se se7ala para loscasos a , b a la derecha y, obviamente, debemosdecidir cuál de estas dos formas geom'tricas es lacorrecta.


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(n el caso a, estos paressolitarios se encuentran a "!Bentre s) en cambio, en b estánseparados por %!B y esta es lageometr)a más correcta para

evitar la repulsión de los pares deelectrones solitarios.

La geometr)a experimentalcoincide con este análisis,muestra los - 5 ocupando elplano ecuatorial. 8s), He5-escuadrado plano con el He en elcentro molecular

ES%R&C%&RAS #EO$5%RICAS DE H2O, NH3 , CH

Camos a comparar ahora lo que se logra con las mol'culas se7aladas, puestoque todas poseen un átomo central con - pares electrónicos de los cuales, elmetano los ocupa totalmente y las otras en forma parcial. Lo que se logra es

y se ve claramente que la existencia de pares electrónicos libres disminuyen elángulo de la estructura pseudotetra'drica en estas mol'culas.

ENLACES $6L%I(LES EN 'SE(R

asta el momento nuestro tratamiento considera sólo mol'culas con enlacessimples. Para saber como mane4ar la situación en mol'culas con enlacesdobles, triples etc, tomemos la estructura del ion NO37 para el que se requiereescribir tres estructuras resonantes


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Ade)+s, e! ion NO37 se sabe -e es p!anar con +ng!os de en!ace de289 y esta estructura planar es la que se espera para tres pares dee!ectrones so!itarios alrededor del átomo central. (sto significa que n dob!een!ace debe contarse como n par so!itario e/ecti"o en la descripción de lageometr)a molecular. (n realidad, esta bien que sea as) porque disponer I dos

pares solitarios I en un enlace doble, I los obliga a no ser independientes I.

En 'SE(R, en!aces ):!tip!es centan co)o n par so!itario e/ecti"o

$OL5C&LAS ;&E NO CON%IENEN &N


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orbitales atómicos d superiores. en todo caso, como átomo central mane4a Dpares de electrones de los cuales, $ forman los enlaces y los otros tres deben

agruparse de modo que la repulsión electrónica sea m)nima.

La estructura a describe el caso en que dos de los pares

solitarios salen perpendicular al plano formado por losátomos y formando un ángulo de "!B con el tercer par solitario .

La estructura b produce otra agrupación de los paressolitarios, que tambi'n forman "!B entre s) y finalmente, lafigura c ubica los tres pares solitarios formando $!B entre s)logrando la m)nima repulsión.

La geometr)a c es la que corresponde al resultadoexperimental y la mol'cula J* es lineal.

REDES DE BRAVAIS

Editar 05…

Las Redes de Bra"ais o celdas unitarias, son paralelep)pedos que constituyen

la menor subdivisión de una red cristalina que conserva las caracter)sticasgenerales de toda la reticula, de modo que por simple traslación del mismo,puede reconstruirse el sólido cristalino completo.(n función de los parámetros de la celda unitaria, longitudes de sus lados yangulos que forman, se distinguen K sistemas cristalinos. 8hora bien, para determinar completamente la estructura cristalina elementalde un sólido, además de definir la forma geom'trica de la red, es necesarioestablecer las posiciones en la celda de los átomos o mol'culas que forman elsólido cristalino lo que se denominan puntos reticulares.

(l automiun, s)mbolo de la capital de (uropa, 9ruselas. ;epresenta uno de los

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poliedros cristalográficos del hierro, un cubo con un átomo en el centro y otroen cada uno de los v'rtices. :iene !* m de altura, y puedes ver que el cubo

está girado hacia nosotros.

+ombinando los K sistemas cristalinos con las disposiciones de los puntos dered mencionados, se obtendr)an $% redes cristalinas posibles. (n realidad,como puede demostrarse, sólo existen - configuraciones básicas, pudi'ndoseel resto obtener a partir de ellas. (stas estructuras se denominan redes deBra"ais=

?NDICES DE $ILLER

Los átomos en un sólido están empaquetados, con lo que existe un ciertogrado de orden0 de corto alcance .

de largo alcance (n el interior de un sólido cristalino existe una estructura cristalina formada por


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una red espacial, en cada punto de la cual se sitúan grupos de átomosid'nticos en composición y orientación .La geometr)a de la red espacial debe permitir que se llene todo el espacio deátomos sin de4ar huecos, caracter)stica que hace que sólo existan - tipos de

redes posibles , caracterizadas por una celda unitaria cadauna, que, a su vez viene definida por una serie de parámetros .Para identificar los diferentes planos y direcciones en un cristal se usan los)ndices de 3iller .La orientación de una superficie de un cristal plano se puede definir considerando como el plano corta a los e4es cristalográficos principales delsólido. La aplicación de un con4unto de reglas conduce a la asignación de los)ndices de 3iller un con4unto de números que cuantifican los cortes y quesólo puede usarse para identificar un plano o una superficie.(l siguiente procedimiento que permite asignar )ndices de 3iller estásimplificado y sólo sirve para el sistema cúbico .

Para ilustrar el procedimiento, consideremos la siguiente superficie Uplano0

Paso 0 identificar las intersecciones con los e4es x, y,z.(n este caso la intersección con el e4e x tiene lugar en xVa y la superficie esparalela a los e4es y, z . Los cortes son a, W,W.

Paso $0 especificar los cortes en coordenadas fraccionarias.Las coordenadas se convierten en fraccionarias dividi'ndolas por la dimensión

de la celda unidad. Por e4emplo un punto en una celda unidad dedimensiones a x b x c, tiene las coordenadas fraccionarias .


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(n nuestro caso < celda cúbica>, las coordenadas fraccionarias serán0 aUa,WUa, WUa, es decir ,W, W.

Paso *0 obtener los reciprocos de las coordenadas fraccionarias

(ste paso final genera los )ndices de 3iller que, por convención, han deespecificarse sin estar separados por comas. Los )ndices se encierran entrepar'ntesis cuando se especifica una única superficie como en este e4emplo.Los rec)procos de y W, son y !, respectivamente, lo que nos conduce a. Por tanto el plano del dibu4o es el del cristal cúbico.

@tros e4emplos0 La superficie

cortes0 a,a,W cortes fraccionarios0 ,,W )ndices de 3iller0

$ La superficie

cortes0 a,a,a cortes fraccionarios0 ,, )ndices de 3iller0

Las superficies consideradas hasta ahora , y son lasllamadas superfícies de índice bajo de un cristal cúbico . (stas superficies tienen especialimportancia, pero hay un número infinito de otros planos que pueden definirseusando los )ndices de 3iller.

* Las superficies


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cortes0 aU$, a,W cortes fraccionarios0 U$, ,W )ndices de 3iller0

?otas adicionales0 en algunos casos los )ndices de 3iller se multiplican o dividen por algún

factor común para simplificarlos. (sta operación simplemente genera un planoparalelo que está a distancia diferente del origen de la celda particular considerada si algunos cortes tienen valores negativos sobre los e4es, el signo negativodebe aparecer en el )ndice de 3iller en los cristales hexagonales compactos hay cuatro e4es pricipales, por tantodeben usarse cuatro )ndices de 3iller

(n el dibu4o las tres superficies están relacionadas por los elementos desimetr)a del cristal cúbico y son totalmente equivalentes. Fe hecho hay un total

de E caras relacionadas por elementos de simetr)a y equivalentes a lasuperficie , cualquier superficie que pertenezca a este con4unto desuperficies de simetr)a equivalente puede ser descrita por la notación X!!Y, enla que los )ndices de 3iller de una de las superficies están representados entrellaves.

(n el sistema cúbico el plano y el vector ShRlT, definido con respecto alorigen, son perpendiculares. (sta caracter)stica es única del sistema cúbico yno se puede aplicar a sistemas de simetr)a inferior.


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La distancia entre planos en el sistema cúbico viene dada

por0

(4emplo 3JLFeterminar los valores de la intersección con los e4es x, y, z de un plano cuyos)ndices de 3iller son . 6uponiendo que dicho plano pertenezca a unaestructura cristalina cúbica de parámetro de red igual a *.D 8, calcular ladistancia interplanar.

A partir de los índices de Miller (362) se obtienen los cortes fraccionarios 1/3,

1/6, 1/2 y se reducen a fracciones equivalentes con los n!eros enteros!enores posibles (aplicando el !c!" 6), obteni#ndose 1/2,1,1/3$ %os cortes

con los ejes ser&n, por tanto '"2, y"1, "3$

%a distancia entre estos planos se obtiene a partir de

$A%ERIALES AISLAN%ES COND&C%ORES @ SE$ICOND&C%ORES

8J6L8?:(606e denomina aislante el'ctrico al material con escasa conductividad el'ctrica.(l comportamiento de los aislantes se debe a la barrera de potencial que seestablece entre las bandas de valencia y conducción que dificulta la existenciade electrones libres capaces de conducir la electricidad a trav's del material, elaislante es el que posee más de - electrones en su última capa de valencia.:JP@6 Z +8;8+:(;J6:J+860

8islantes 6ólidos0 /n buen aislante entre vueltas de las bobinas detransformadores es el cartón prensado, el cual da forma a estructuras deaislamiento r)gidas. (n los sistemas de aislamiento de transformadoresdestacan las cintas sint'ticas, que se utilizan para envolver los conductoresmagn'ticos de los bobinados. 8islantes L)quidos0 Los fluidos o l)quidos diel'ctricos cumplen la doble funciónde aislar los bobinados en los transformadores y disipar el calor al interior deestos equipos. (l l)quido diel'ctrico más empleado es el aceite mineral. (lproblema es que es altamente inflamable. 5luidos diel'ctricos sint'ticos, con alto punto de inflamación. 8islantes [aseosos0 Los gases aislantes más utilizados en los transformadores

son el aire y el nitrógeno, este último a presiones de atmósfera. (stostransformadores son generalmente de construcción sellada. (l aire y otros


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gases tienen elevad)sima resistividad y están prácticamente exentos dep'rdidas diel'ctricas.(l comportamiento de los aislantes se debe a la barrera de potencial que seestablece entre las bandas de valencia y conducción que dificulta la existenciade electrones libres capaces de conducir la electricidad a trav's del material

.Los materiales aislantes son me4or conocidos como aquellos que tiene suselectrones de valencia relativamente fi4os formando enlaces no conductoresel'ctricos.(4emplos0 @xigeno, azufre, diamante.

(l aislante perfecto para las aplicaciones el'ctricas ser)a un materialabsolutamente no conductor, pero ese material no existe. Los materialesempleados como aislantes siempre conducen algo la electricidad, peropresentan una resistencia al paso de corriente el'ctrica hasta $,D \ !$- vecesmayor que la de los buenos conductores el'ctricos como la plata o el cobre.

(stos materiales conductores tienen un gran número de electrones libres que pueden transportar lacorriente los buenos aislantes apenas poseen estos electrones. 8lgunosmateriales, como el silicio o el germanio, que tienen un número limitado deelectrones libres, se comportan como semiconductores, y son la materia básicade los transistores.

(n los circuitos el'ctricos normales suelen usarse plásticos como revestimientoaislante para los cables. Los cables muy finos, como los empleados en lasbobinas , pueden aislarse con una capadelgada de barniz. (l aislamiento interno de los equipos el'ctricos puedeefectuarse con mica o mediante fibras de vidrio con un aglutinador plástico. (nlos equipos electrónicos y transformadores se emplea en ocasiones un papelespecial para aplicaciones el'ctricas. Las l)neas de alta tensión se a)slan convidrio, porcelana u otro material cerámico.

La elección del material aislante suele venir determinada por la aplicación. (lpolietileno y polietileno se emplean en instalaciones de alta frecuencia, y elmillar se emplea en condensadores el'ctricos. :ambi'n hay que seleccionar losaislantes según la temperatura máxima que deban resistir. (l teflón se empleapara temperaturas altas, entre KD y $*! #+. Las condiciones mecánicas o

qu)micas adversas pueden exigir otros materiales. (l nylon tiene una excelenteresistencia a la abrasión, y el neopreno, la goma de silicona, los poli'steres deepoxi y los poliuretanos pueden proteger contra los productos qu)micos y lahumedad.

]+uál es la diferencia existente entre conductor, semiconductor y aislante^

(s sencillo, los conductores son todos aquellos que poseen menos de -electrones en la capa de valencia, el semiconductor es aquel que posee -electrones en la capa de valencia y el aislante es el que posee más de -electrones en la capa de valencia.

8lgunos aislantes mas usados0


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'ini!o= tienen como función principal aislar y empalmar cables de ba4atensión . :ambi'n son usados comorespaldo y protección contra /C en las chaquetasde cables de media tensión.

Caco= a)sla conductores el'ctricos y permiten empalmes con laparticularidad de que se pueden consolidar como una sola pieza de cauchodespu's del enrollado, lo que adicional mente protege contra la humedad.

%e!a de "idrio= a)sla el'ctricamente cables en ba4a tensión pero con una

aplicación para temperaturas altas, usualmente superiores a los D!B+ einferiores a *!!B+. Por otro lado, una aplicación común de estas cintas es elamarre mecánico, ya que su tensión de ruptura puede ser hasta ! vecessuperior a la de las cintas de vinilo.


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+@?F/+:@;(6

/n conductor es un material a trav's del cual puede fluir la corriente el'ctrica.

Para ser un conductor, un material debe contener cargas el'ctricas libres. ay


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muchos tipos de conductores, y difieren en el tipo de cargas libres disponibles yen cómo son creadas.

(n materiales como los metales, algunos electrones no se hallan ligados a susátomos individuales, sino que son libres de moverse a trav's del material0 enefecto son compartidos por todos los átomos.

(sas part)culas sueltas reciben el nombre de electrones de _conducción`. (n unmetal como el cobre, aproximadamente un electrón por átomo es de ese tipo.Los metales son los conductores más comúnmente usados.

Para que un material que transporte electricidad sea asequible, debeser barato y buen conductor el'ctrico, por lo cual el cobre es ideal ya que

reúne esas dos caracter)sticas. Por ello es el conductor más usado, como por e4emplo en los cables el'ctricos de las casas.

http://www.blogodisea.com/2009/propiedades-electricas-materia/ciencia/http://www.blogodisea.com/2009/propiedades-electricas-materia/ciencia/http://www.blogodisea.com/2009/propiedades-electricas-materia/ciencia/http://www.blogodisea.com/2009/propiedades-electricas-materia/ciencia/


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(l aluminio es tambi'n usado ocasionalmente con esa finalidad, pero no es tanbuen conductor como el cobre. (n situaciones en las que el coste no es unaob4eción, como en los sat'lites espaciales, en los circuitos el'ctricos se usa eloro y la plata porque son ligeramente me4ores conductores que el cobre,aunque son mucho más caros.

• Conductores0 (n los conductores sólidos la corriente el'ctrica estransportada por el movimiento de los electrones y en disoluciones y gases, lohace por los iones.

• Condctores só!idos= Metales

• +aracter)sticas f)sicas0

• estado sólido a temperatura normal, excepto el mercurio que esl)quido.

• opacidad, excepto en capas muy finas.

• buenos conductores el'ctricos y t'rmicos.• brillantes, una vez pulidos, y estructura cristalina en estado sólido.

• dureza o resistencia a ser rayados

• resistencia longitudinal o resistencia a la rotura

• elasticidad o capacidad de volver a su forma original despu's desufrir deformación

• maleabilidad o posibilidad de cambiar de forma por la acción delmartillo

• resistencia a la fatiga o capacidad de soportar una fuerza opresión continuadas

• ductilidad0 permite su deformación forzada, en hilos, sin que serompa o astille.

• +aracter)sticas qu)micas0

• Calencias positivas0 :ienden a ceder electrones a los átomos conlos que se enlazan.

• :ienden a formar óxidos básicos.

• (nerg)a de ionización ba4a0 reaccionan con facilidad perdiendoelectrones para formar iones positivos o cationes

• +aracter)sticas el'ctricas0

• mucha resistencia al flu4o de electricidad.

• todo átomo de metal tiene únicamente un número limitado deelectrones de valencia con los que unirse a los átomos vecinos.

• superposición de orbitales atómicos de energ)a equivalente conlos átomos adyacentes

• La elevada conductividad el'ctrica y t'rmica de los metales seexplica as) por el paso de electrones a estas bandas con defecto de electrones,provocado por la absorción de energ)a t'rmica.


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• (4emplos de metales conductores0 +obre. (ste material es unexcelente conductor de las se7ales el'ctricas y soporta los problemas decorrosión causados por la exposición a la intemperie, por eso se usa para loscables. :ambi'n el aluminio es un buen conductor. La más ba4a conductividadel'ctrica la tiene el bismuto, y la más alta la plata.

• Condctores !*-idos=• (l agua, con sales como cloruros, sulfuros y carbonatos que actúan

como agentes reductores , conduce la electricidad.

• 8lgunos otros l)quidos pueden tener falta o exceso de electrones que sedesplacen en el medio. 6on iones, que pueden ser cationes, o aniones .

• Condctores gaseosos=

• Calencias negativas

• (n los gases la condición que implica el paso de una corriente seconoce como el fenómeno de descarga o IrupturaI el'ctrica del gas0 paso deun comportamiento no conductor a conductor.

• :ienden a adquirir electrones

• :ienden a formar óxidos ácidos.

• (4emplos0 ?itrógeno, cloro, ?eón

6emiconductores3aterial sólido o l)quido capaz de conducir la electricidad me4or que un aislante,pero peor que un metal. La conductividad el'ctrica, que es la capacidad deconducir la corriente el'ctrica cuando se aplica una diferencia de potencial, esuna de las propiedades f)sicas más importantes. +iertos metales, como elcobre, la plata y el aluminio son excelentes conductores. Por otro lado, ciertosaislantes como el diamante o el vidrio son muy malos conductores. 8temperaturas muy ba4as, los semiconductores puros se comportan comoaislantes. 6ometidos a altas temperaturas, mezclados con impurezas o en

presencia de luz, la conductividad de los semiconductores puede aumentar deforma espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos a los de los metales.


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Las propiedades de los semiconductores se estudian en la f)sica del estadosólido.Se)icondctores intr*nsecos

(s un cristal de 6ilicio o [ermanio que forma una estructura tetra'drica similar a la del carbono mediante enlaces covalentes entre sus átomos, en la figura

representados en el plano por simplicidad. +uando el cristal se encuentra atemperatura ambiente algunos electrones pueden absorber la energ)anecesaria para saltar a la banda de conducciónde4ando elcorrespondiente hueco en la banda de valencia . Las energ)as requeridas, atemperatura ambiente, son de !,K eC y !,* eC para el silicio yel germaniorespectivamente.

@bviamente el proceso inverso tambi'n se produce, de modo que loselectrones pueden caer, desde el estado energ'tico correspondiente a la bandade conducción, a un hueco en la banda de valencia liberando energ)a. 8 estefenómeno se le denomina recombinación. 6ucede que, a una determinada

temperatura, las velocidades de creación de pares eh, y de recombinación seigualan, de modo que la concentración global de electrones y huecospermanece invariable. 6iendo InI la concentración de electrones y IpI la concentración de huecos , se cumple que0

ni V n V psiendo ni la concentración intr)nseca del semiconductor, función exclusiva de latemperatura y del tipo de elemento.

(4emplos de valores de ni a temperatura ambiente 0

ni V .D !!

cm*

ni V $.D !*cm*

Los electrones y los huecos reciben el nombre de portadores. (n lossemiconductores, ambos tipos de portadores contribuyen al paso de lacorriente el'ctrica. 6i se somete el cristal a una diferencia de potencial seproducen dos corrientes el'ctricas. Por un lado la debida al movimiento de loselectrones libres de la banda de conducción, y por otro, la debida aldesplazamiento de los electrones en la banda de valencia, que tenderána saltar a los huecos próximos , originando una corriente de huecos con -capas ideales y en la dirección contraria al campo el'ctrico cuya velocidad y

magnitud es muy inferior a la de la banda de conducción.6emiconductores extr)nsecos

6i a un semiconductor intr)nseco, como el anterior, se le a7ade un peque7oporcenta4e de impurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, elsemiconductor se denomina extr)nseco, y se dice que está dopado.(videntemente, las impurezas deberán formar parte de la estructura cristalinasustituyendo al correspondiente átomo de silicio. oy en d)a se han logradoa7adir impurezas de una parte por cada ! millones, logrando con ello unamodificación del material.

6emiconductor tipo ?

http://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Germaniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tetraedrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Enlace_covalentehttp://es.wikipedia.org/wiki/Banda_de_conducci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Hueco_de_electr%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Banda_de_valenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Germaniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)http://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Germaniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Tetraedrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Enlace_covalentehttp://es.wikipedia.org/wiki/Banda_de_conducci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Hueco_de_electr%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Banda_de_valenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Siliciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Germaniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Dopaje_(semiconductores)


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/n 6emiconductor tipo ? se obtiene llevando a cabo un procesode dopado a7adiendo un cierto tipo de átomos al semiconductor para poder aumentar el número de portadores de carga libres .

+uando se a7ade el material dopante aporta sus electrones más d'bilmentevinculados a los átomos del semiconductor. (ste tipo de agente dopante estambi'n conocido como material donante ya que da algunos de sus electrones.

(l propósito del dopa4e tipo n es el de producir abundancia de electronesportadores en el material. Para ayudar a entender cómo se produceel dopa4e tipo n consid'rese el caso del silicio . Los átomos del silicio tienenuna valencia atómica de cuatro, por lo que se forma un enlace covalente concada uno de los átomos de silicio adyacentes. 6i un átomo con cinco electronesde valencia, tales como los del grupo D de la tabla periódica


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contienen impurezas de boro , son un e4emplo de un semiconductor tipo Pque se produce de manera natural.

La caracter)stica común que presentan los semiconductores, como el silicio o elgermanio, es la de poseer cuatro electrones en su capa de valencia. (staestructura electrónica permite la agrupación de los átomos, formando unaestructura reticular en la que cada uno de ellos queda rodeado por otros cuatro.

(ntre dichos átomos se establece un enlace covalente, por compartición de unpar de electrones. 8 ba4as temperaturas, la estructura del semiconductor se establece y secomporta como un aislante. ?o obstante, al aumentar la temperatura y debido ala proximidad de la banda de conducción, algunos electrones abandonan lacapa de valencia y pasan a la de conducción. (stos electrones contribuyen aestablecer una corriente el'ctrica cuando se aplica un campo el'ctrico exterior. 8l mismo tiempo, su paso a la banda de conducción origina un hueco en labanda de valencia. (se hueco permite que los electrones de la capa devalencia adquieran cierta movilidad al desplazarse para rellenarlo,produci'ndose as) nuevos huecos.

(xiste, por tanto, una conducción por huecos. Fado que el hueco representala falta de un electrón, su movimiento puede considerarse equivalente al de unacarga e positiva.6e establece, por tanto, una doble conducción en el semiconductor0 por unlado, la correspondiente a los electrones que han saltado a la banda deconducción, y por otro, la que corresponde al movimiento de los huecos en labanda de valencia.

8 esta conductividad de los semiconductores se le denomina conductividadintr)nseca, por ser propia del semiconductor. +omo ya hemos dicho, laconductividad intr)nseca dependerá de la temperatura, aumentando a medidaque lo haga 'sta.

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Para evitar el efecto de la temperatura se modifica la conductividad de lossemiconductores de una forma más estable, a7adiendo peque7as cantidadesde otro elemento, denominadas impurezas, mediante un proceso denominadodopado del semiconductor.


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(OR%A1OLIO DE E'IDENCIA

ES%R&C%&RA @ (RO(IEDADDE LOS $A%ERIALES

estructura y propiedad de los materiales

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