O que determina as características de condutor/isolante em um determinado material?
Passo 1
O enunciado pergunta o que, no nível microscópico, faz um material comportar-se como condutor ou isolante. Para responder vamos recorrer à teoria de bandas de energia em sólidos, que nos mostra como elétrons se movem no material.
Passo 2
Em um sólido, os níveis atômicos discretos dos átomos se combinam e formam duas bandas principais:
– A banda de valência, onde estão os elétrons ligados;
– A banda de condução, onde os elétrons podem se mover livremente e conduzir corrente.
– A banda de valência, onde estão os elétrons ligados;
– A banda de condução, onde os elétrons podem se mover livremente e conduzir corrente.
Passo 3
Entre essas duas bandas há um espaço vazio chamado banda proibida, cuja largura é
.
– Se ou as bandas chegam a se sobrepor, há muitos elétrons na banda de condução: o material é condutor (metal).
– Se for grande (tipicamente
), quase nenhum elétron salta para a banda de condução: o material é isolante.
– Se
– Se
Passo 4
Materiais semimetálicos ou semicondutores têm
intermediário (
) e sua condutividade depende de temperatura e dopagem, pois calor ou impurezas ajudam elétrons a vencer
.
Resposta
A característica de condutor ou isolante é determinada principalmente pela largura da banda proibida
e pela disponibilidade de elétrons livres na banda de condução.