Explique porque a condutividade elétrica dos polimeros em geral é inferior à dos metais. (1,0)

Passo 1

O enunciado pede para explicar por que a condutividade elétrica dos polímeros em geral é muito menor do que a dos metais. O conteúdo envolve a teoria de bandas eletrônicas e a expressão geral da condutividade
sigma = n,e,mu
onde n é a densidade de portadores de carga, e a carga elementar e mu a mobilidade dos portadores.

Passo 2

Nos metais, os elétrons de valência preenchem apenas parcialmente a banda de valência ou já ocupam a banda de condução, de modo que existe um grande número de elétrons livres ( n alto). Além disso, o retículo cristalino metálico é regular e pouco dispersivo, o que confere mobilidade elevada ( mu alto). Com isso, metais apresentam
sigmametal = nmetal,e,mumetal
com nmetal e mumetal ambos tipicamente grandes, resultando em condutividade da ordem de 10^6 a 10^8;S/m.

Passo 3

Já os polímeros convencionais são formados por longas cadeias de ligações covalentes saturadas (ligações sigma), em geral sem sistemas conjugados estendidos. Nesses materiais:
1. A separação entre a banda de valência e a banda de condução (band gap) é grande ( sim!3 a 5,eV), de modo que quase não há elétrons excitados to n muito baixo.
2. Os orbitais eletrônicos ficam localizados nas cadeias, causando forte espalhamento e baixa mobilidade to mu muito baixo.
Portanto
sigmapolímero = npolímero,e,mupolímero ííí
com npolímeroí e mupolímeroí extremamente pequenos.

Passo 4

Como nos polímeros intrínsecos tanto a densidade de portadores ( n) quanto a mobilidade ( mu) são muito menores que nos metais, a condutividade sigma dos polímeros é várias ordens de grandeza inferior à dos metais. Mesmo quando dopados, polímeros condutores nunca alcançam a densidade de elétrons livres e mobilidade típica de um metal puro.

Resposta

A condutividade dos polímeros é inferior à dos metais porque, ao contrário dos metais (que têm bandas parcialmente preenchidas e muitos elétrons livres com alta mobilidade), os polímeros possuem bandas isoladas por gap energético grande e orbitais eletrônicos localizados, o que resulta em densidade de portadores ( n) e mobilidade ( mu) muito menores, levando a uma condutividade sigma = n,e,mu várias ordens de grandeza menor.

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