Constituição atómica da matéria.
Condutores
Isoladores
Semicondutores
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Constituição da matéria
A matéria que se pode encontrar no estado sólido,
liquido ou gasoso é constituída por moléculas e
estas podem ainda ser subdivididas em partículas
menores que são os átomos.
Exemplo:
1 molécula
de água
H2O
2

2 átomos de
hidrogénio
H2
1 átomo de
oxigénio
+
O
Estrutura do átomo
O átomo é basicamente
formado por três tipos de
partículas elementares:
electrões, protões e
neutrões.
Órbita electrónica
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Os protões e os neutrões
estão no núcleo do átomo
e os electrões giram em
órbitas electrónicas à volta
do núcleo do átomo.
Carga eléctrica das partículas
A carga eléctrica do
electrão é igual à carga
do protão, porém de sinal
contrário: o electrão
possui carga negativa (-)
e o protão carga eléctrica
positiva (+). O neutrão
não possui carga
eléctrica, isto é, a sua
carga é nula.
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Órbitas electrónicas
Num átomo, os electrões que giram em volta do núcleo
distribuem-se em várias órbitas ou camadas electrónicas
num total máximo de sete (K, L, M, N, O, P, Q).
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Carga eléctrica do átomo
Em qualquer átomo, o número de
protões contidos no seu núcleo é
igual ao número de electrões que
giram à volta dele, ou seja, a carga
eléctrica do átomo é nula, pois a
carga positiva dos protões é
anulada pela carga negativa dos
electrões.
Um átomo nesse estado está
electricamente neutro.
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Iões positivos e iões negativos
Um átomo quando electricamente neutro poderá ganhar
(receber) ou perder (ceder) electrões.
Quando ele ganha um ou mais electrões, dizemos que se
transforma num ião negativo.
Quando um átomo perde um ou mais electrões, dizemos
que ele se transforma num ião positivo.
Exemplo: Se o átomo de sódio (Na) ceder um electrão ao átomo de cloro
(Cl) passamos a ter um ião positivo de sódio e um ião negativo de cloro.
Ião negativo
de cloro
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Cl -
N+
a
Ião positivo
de sódio
Electrões de valência
A órbita electrónica ou camada
mais afastada do núcleo é a
camada de valência e os electrões
dessa camada são chamados de
electrões de valência.
Electrão de valência
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Num átomo, o número máximo de
electrões de valência é de oito.
Quando um átomo tem oito
electrões de valência diz-se que o
átomo tem estabilidade química ou
molecular.
Condutores
Os átomos com 1, 2 ou 3 electrões de valência têm uma certa
facilidade em cedê-los já que a sua camada de valência está
muito incompleta (para estar completa deveria ter 8 electrões de
valência).
Por exemplo, um átomo de cobre tem um electrão de valência o
que faz com que ele ceda com muita facilidade esse electrão
(electrão livre).
Número atómico do cobre = 29 (número total de electrões no átomo)
K=2
L=8
M=18
N=1
9
2n2 = 2x12 = 2
2n2 = 2x22 = 8
2n2 = 2x32 = 18
29P
K
L
M
N
Isoladores
Os átomos que têm entre 5 e 8 electrões de valência não
cedem facilmente electrões já que a sua camada de
valência está quase completa (para estar completa deveria
ter 8 electrões de valência).
O vidro, a mica, a borracha estão neste caso.
Estes materiais não são condutores da corrente eléctrica
porque não têm electrões livres sendo necessário aplicarlhes uma grande energia para passar os electrões de
banda de valência para a banda de condução.
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Semicondutores
Número atómico do
Germânio: 32
Número atómico do
Silício: 14
Os átomos com 4 electrões de valência geralmente não
ganham nem perdem electrões, é o que acontece com os
materiais semicondutores, Germânio (Ge) e Silício (Si).
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Bandas de energia
Energia
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Num material isolante é necessário aplicar muita energia (por exemplo, muita
tensão eléctrica) para passar os electrões da banda de valência para a banda de
condução já que a banda proibida é muito larga. Pelo contrário, num material
condutor a passagem dos electrões da banda de valência para a banda de
condução faz-se facilmente já que não existe banda proibida. Os materiais
semicondutores estão numa situação intermédia entre os materiais isoladores e
condutores.