El último tipo de enlace que queda es el enlace metálico. De este tipo de enlace es importante saber:
Concepto de enlace metálico.
Un enlace metálico es la unión entre dos elementos metálicos. Los compuestos formados por este tipo de enlace se presentan en su inmensa mayoría a temperatura ambiente en estado sólido (la gran excepción es el mercurio).
Existen varias teorías que intentan explicar como funciona el enlace metálico y justificar las dos principales propiedades de estos compuestos: la gran conductividad eléctrica y térmica.
Teoría de los electrones libres.
Tras el desarrollo de la ley de Ohm y el descubrimiento del electrón por parte de Thomson empezó una batalla por obtener una teoría para el enlace metálico que respaldara esta ley.
La teoría de los electrones libres considera el enlace metálico como la unión de átomos de elementos metálicos ionizados formando una red cristalina.
Los elementos metálicos tienen capas de valencia muy altas, por lo que los electrones pueden liberarse fácilmente del núcleo. Cada átomo que forma el enlace metálico libera al menos un electrón, generando entre todos lo que se conoce como nube electrónica o gas de electrones.
En la nube de electrones el movimiento neto es cero, es decir, que mientras un electrón se mueve en una dirección, otro se mueve en sentido contrario, por lo que no hay una corriente eléctrica definida. Por el contrario, si se crea un campo eléctrico que afecte al metal todos los movimientos de estos electrones adquieren la misma dirección generando una intensidad de corriente.
Teoría del enlace de valencia para el enlace metálico.
Esta teoría intenta justificar la formación del enlace metálico pero no explica la conductividad eléctrica.
La mayoría de los elementos metálicos tienen electrones en su capa de valencia, lo que hace muy difícil formar enlaces por compartición de electrones como se produce en el enlace covalente. Por otro lado, la alternativa que conocemos de enlace es la ionización de los átomos y la atracción electrostática entre estos, pero todos los elementos metálicos se ionizarían liberando electrones. Esto último hace que las cargas de los iones metálicos sean todas positivas y por lo tanto no se atraigan entre sí, al contrario, se repelerían.
Lo que propone esta teoría del enlace de valencia es que los enlaces entre elementos metálicos se producen mediante compartición de electrones de la capa de valencia (como en el enlace covalente) que van alternando su posición continuamente como pasa en las estructuras resonantes. A continuación os dejo una animación que representa esta teoría.
Esta teoría se llama también teoría de la deslocalización debido a que los enlaces que se producen se llaman enlaces deslocalizados.
Teoría de las bandas de energía del enlace metálico.
Según esta teoría, al unirse dos átomos metálicos se generan dos orbitales correspondientes a esos dos átomos llamados orbitales moleculares (ésta es otra teoría de enlace como la TEV pero utilizando mecánica cuántica, por lo que no la estudiaremos). Si añadiéramos otro átomo, se generaría otro orbital molecular que modificaría la energía de los otros dos. De esta forma si fuéramos añadiendo átomos, se quedarían un montón de orbitales que tendrían una energía muy próxima entre sí. Esto es a lo que llamamos banda.
Cuando tenemos una cantidad “infinita” de átomos enlazados, tendríamos dos zonas, una de mayor energía y otra de menor energía que los orbitales atómicos como se ve en la imagen.
Se produce una banda por cada conjunto de orbitales atómicos, es decir, una banda a partir de los orbitales 1s, otra con los 2s, otra con los 2p… Las bandas representan las energías posibles de los electrones. La banda de menor energía se denomina banda de valencia, mientras que la de mayor energía se nombra como banda de conducción, ya que los electrones que estén en esta banda van a ser los que se muevan al conducir un metal la corriente eléctrica.
Conductividad eléctrica según la teoría de bandas.
Según los orbitales atómicos a partir de los que se forman, se distinguen:
- Primero las bandas ocupadas. Son bandas que se forman a partir de orbitales atómicos llenos de electrones, por lo que ellas también están llenas de electrones que no se pueden mover precisamente porque los niveles energéticos de la banda están todos ocupados y no tienen adonde ir.
- Después las bandas de valencia. Se forman a partir de orbitales atómicos parcialmente llenos, por lo que también. Los electrones pueden moverse cuando se aplica un campo eléctrico porque hay posibilidades energéticas libres. Su nombre se debe a que en ellas se sitúan los electrones de valencia.
- Por último las bandas de conducción. Se forman a partir de orbitales atómicos vacíos. Se llaman así porque facilitan la conducción eléctrica, ya que los electrones de valencia pueden saltar a ellas y moverse libremente por ellas a través de todo el cristal metálico.
