Enlace metálico. Modelo de gas de electrones y teoría de bandas

El enlace metálico es la fuerza de unión entre los átomos de los metales (y sus aleaciones), al que se deben sus propiedades (conductividad eléctrica y térmica, estabilidad, geometría, etc.). En condiciones estándar los metales forman redes cristalinas, lo que no se puede explicar mediante la teoría de Lewis, ya que los metales tienen pocos electrones libres y sin embargo se encuentran rodeados de mucho electrones. Por ejemplo, el Li tiene 1e- libre y se encuentra rodeado por 8e-.

Modelo de nube electrónica o del gas de electrones Los átomos del metal se han transformado en cationes esféricos (tienen baja electronegatividad), que  forman una red tridimensional, siendo las más habituales la red hexagonal y la cúbica. Los electrones se mueven libremente entre los iones de la red como si fuera un gas, neutralizando la carga positiva. Los electrones no pueden escapar debido a las fuerzas de interacción atractivas entre cargas de distinto signo.

Teoría o modelo de bandas Se trata de un modelo cuántico aplicado al modelo de nube electrónica. Los átomos metálicos tiene electrones de valencia en orbitales atómicos.  El modelo considera que todos los electrones de la red cristalina se están compartiendo (similar a un enlace covalente extremo), formando orbitales moleculares (OM) con energías muy similares y ocupando una banda de energía. Loe electrones de valencia se encuentran en la banda de valencia, que puede estar llena o parcialmente llena, ocupando los electrones los niveles más bajos de energía.  La banda de conducción se encuentra vacía o parcialmente vacía, y es por donde circulan los electrones de valencia al saltar desde la banda de valencia. 1 átomo tiene 1 orbital atómico, pero la red metálica tendrá N orbitales moleculares con energías similares. Por ejemplo, el modelo de bandas en una red cristalina de sodio: - 1 átomo de sodio (Z=11) 1s2 2s2 2p6 3s1 o [Ne]3s1, tiene un orbital 3s semilleno; - N átomos de Na tienen N orbitales 3s. - Según el modelo de bandas se forman N orbitales moleculares con energías muy próximas, formando una banda de valencia. - La banda está semillena. - También existen orbitales 3p, 3N orbitales p (px, py, pz) en este caso vacíos, que van a formar la banda de conducción (vacía). Banda de valencia del sodio. El sodio es buen conductor ya que los electrones pueden pasar de la parte energética más baja a la más alta de la banda de valencia, e incluso a la banda de conducción. Más información: https://www.youtube.com/watch?v=v14fiHMqCwU https://www.youtube.com/watch?time_continue=30&v=IdV3Fp9FtjA&feature=emb_logo