9.1 Tipos de enlaces moleculares

Las moléculas se forman mediante dos tipos principales de enlaces: el enlace iónico y el enlace covalente. Un enlace iónico transfiere un electrón de un átomo a otro, y un enlace covalente comparte los electrones.
El cambio de energía asociado al enlace iónico depende de tres procesos principales: la ionización de un electrón de un átomo, la aceptación del electrón por el segundo átomo y la atracción de Coulomb de los iones resultantes.
Los enlaces covalentes implican funciones de onda simétricas en el espacio.
Los átomos utilizan una combinación lineal de funciones de onda en el enlace con otras moléculas (hibridación).

9.2 Espectros moleculares

Las moléculas poseen energía vibracional y rotacional.
Las diferencias de energía entre los niveles de energía vibracional adyacentes son mayores que las de los niveles de energía rotacional.
La separación entre los picos de un espectro de absorción está inversamente relacionada con el momento de inercia.
Las transiciones entre los niveles de energía vibracional y rotacional siguen reglas de selección.

Las estructuras de empaquetamiento de las sales iónicas comunes incluyen la FCC y la BCC.
La densidad de un cristal está inversamente relacionada con la constante de equilibrio.
La energía de disociación de una sal es grande cuando la distancia de separación en equilibrio es pequeña.
Las densidades y los radios de equilibrio de las sales comunes (FCC) son casi iguales.

Los metales conducen la electricidad, y ésta se compone de un gran número de electrones libres que chocan al azar.
Los estados de energía permitidos de un electrón están cuantizados. Esta cuantización aparece en forma de energías del electrón muy grandes, incluso a $T = 0 K$ .
Las energías permitidas de los electrones libres en un metal dependen de la masa de los electrones y de la densidad numérica de electrones del metal.
La densidad de estados de un electrón en un metal aumenta con la energía, porque hay más formas de que un electrón llene un estado de alta energía que un estado de baja energía.
El principio de exclusión de Pauli establece que solo dos electrones (con espín hacia arriba y espín hacia abajo) pueden ocupar el mismo nivel de energía. Por lo tanto, al llenar estos niveles de energía (de menor a mayor en $T = 0 K),$ el último y mayor nivel de energía que se ocupa se denomina energía de Fermi.

Los niveles de energía de un electrón en un cristal pueden determinarse resolviendo la ecuación de Schrödinger para un potencial periódico y estudiando los cambios en la estructura energética del electrón cuando los átomos son empujados juntos a distancia.
La estructura energética de un cristal se caracteriza por la existencia de bandas de energía continuas y brechas energéticas.
La capacidad de un sólido para conducir la electricidad depende de la estructura energética del mismo.

La estructura energética de un semiconductor puede alterarse sustituyendo un tipo de átomo por otro (dopaje).
El dopaje del semiconductor tipo n crea y llena nuevos niveles de energía justo por debajo de la banda de conducción.
El dopaje del semiconductor tipo p crea nuevos niveles de energía justo por encima de la banda de valencia.
El efecto Hall puede utilizarse para determinar la carga, la velocidad de deriva y la densidad del número de portadores de carga de un semiconductor.

Un diodo se produce por una unión n-p, y permite que la corriente se mueva en una sola dirección. En la configuración de un diodo con polarización directa, la corriente aumenta exponencialmente con el voltaje.
Un transistor se produce mediante una unión n-p-n. Un transistor es una válvula eléctrica que controla la corriente en un circuito.
El transistor es un componente fundamental en los amplificadores de audio, computadoras y muchos otros dispositivos.

Un superconductor se caracteriza por dos características: la conducción de electrones con resistencia eléctrica igual a cero y la repulsión de las líneas de campo magnético.
Se requiere una temperatura mínima para que se produzca la superconductividad.
Un campo magnético fuerte destruye la superconductividad.
La superconductividad puede explicarse en términos de pares de Cooper.