Combinaciones atómicas
Todo lo que tenga peso es materia. Según la teoría del átomo, toda la materia, ya sea sólida, líquida o gaseosa, está compuesta de átomos. Un átomo contiene una parte central llamada núcleo, que contiene los neutrones y los protones. Normalmente, los protones son partículas con carga positiva y los neutrones son partículas con carga neutra. Los electrones que son partículas cargadas negativamente están dispuestos en órbitas alrededor del núcleo de una manera similar a la matriz de planetas alrededor del Sol. La siguiente figura muestra la composición de un átomo.
Se encuentra que los átomos de diferentes elementos tienen diferente número de protones, neutrones y electrones. Para distinguir un átomo de otro o para clasificar los diversos átomos, se asigna un número que indica el número de protones en el núcleo de un átomo dado, a los átomos de cada elemento identificado. Este número se conoce comoatomic numberdel elemento. Los números atómicos de algunos de los elementos asociados al estudio de los semiconductores se dan en la siguiente tabla.
Elemento | Símbolo | Número atómico |
---|---|---|
Silicio | Si | 14 |
Germanio | Ge | 32 |
Arsénico | Como | 33 |
Antimonio | Sb | 51 |
Indio | En | 49 |
Galio | Georgia | 31 |
Boro | segundo | 5 |
Normalmente, un átomo tiene el mismo número de protones y electrones planetarios para mantener su carga neta en cero. Los átomos se combinan con frecuencia para formar moléculas o compuestos estabilizados a través de sus electrones de valencia disponibles.
El proceso de combinación de electrones de valencia libres se denomina generalmente bonding. A continuación se muestran los diferentes tipos de enlaces que tienen lugar en combinaciones de átomos.
- Enlace iónico
- Unión covalente
- Unión metálica
Analicemos ahora en detalle sobre estos enlaces atómicos.
Enlace iónico
Cada átomo busca estabilidad cuando los átomos se unen para formar moléculas. Cuando la banda de valencia contiene 8 electrones, se dice que es unstabilized condition. Cuando los electrones de valencia de un átomo se combinan con los de otro átomo para estabilizarse, se llamaionic bonding.
Si un átomo tiene más de 4 electrones de valencia en la capa exterior, está buscando electrones adicionales. A este átomo se le suele llamaracceptor.
Si algún átomo contiene menos de 4 electrones de valencia en la capa exterior, intentará salir de estos electrones. Estos átomos se conocen comodonors.
En el enlace iónico, los átomos donantes y aceptores se combinan con frecuencia y la combinación se estabiliza. La sal común es un ejemplo común de enlace iónico.
Las siguientes figuras ilustran un ejemplo de átomos independientes y enlaces iónicos.
Se puede ver en la figura anterior que el átomo de sodio (Na) dona su 1 electrón de valencia al átomo de cloruro (Cl) que tiene 7 electrones de valencia. El átomo de cloruro inmediatamente se desequilibra negativamente cuando obtiene el electrón extra y esto hace que el átomo se convierta en un ion negativo. Mientras que, por otro lado, el átomo de sodio pierde su electrón de valencia y el átomo de sodio se convierte en un ion positivo. Como sabemos, las cargas diferentes se atraen, los átomos de sodio y cloruro están unidos por una fuerza electrostática.
Unión covalente
Cuando los electrones de valencia de los átomos vecinos se comparten con otros átomos, se produce un enlace covalente. En el enlace covalente, no se forman iones. Esta es una diferencia única en el enlace covalente y el enlace iónico.
Cuando un átomo contiene cuatro electrones de valencia en la capa exterior, puede compartir un electrón con cuatro átomos vecinos. Se establece una fuerza covalente entre los dos electrones de enlace. Estos electrones cambian alternativamente las órbitas entre los átomos. Esta fuerza covalente une a los átomos individuales. En las siguientes figuras se muestra una ilustración del enlace covalente.
En esta disposición, solo se muestran el núcleo y los electrones de valencia de cada átomo. Los pares de electrones se crean debido a que los átomos individuales están unidos entre sí. En este caso, se necesitan cinco átomos para completar la acción de enlace. El proceso de unión se amplía en todas direcciones. Cada átomo está ahora unido en una red de celosía y esta red de celosía forma una estructura cristalina.
Unión metálica
El tercer tipo de unión generalmente ocurre en buenos conductores eléctricos y se denomina unión metálica. En la unión metálica, existe una fuerza electrostática entre los iones positivos y los electrones. Por ejemplo, la banda de valencia del cobre tiene un electrón en su capa exterior. Este electrón tiene tendencia a deambular por el material entre diferentes átomos.
Cuando este electrón sale de un átomo, entra instantáneamente en la órbita de otro átomo. El proceso es repetitivo sin parar. Un átomo se convierte en un ion positivo cuando un electrón lo abandona. Esto es unrandom process. Significa que un electrón siempre está vinculado a un átomo. No significa que el electrón esté asociado con una órbita en particular. Siempre está deambulando en diferentes órbitas. Como consecuencia, es probable que todos los átomos compartan todos los electrones de valencia.
Los electrones cuelgan en una nube que cubre los iones positivos. Esta nube flotante une los electrones al azar a los iones. La siguiente figura muestra un ejemplo de la unión metálica del cobre.