Explique porque a condutividade elétrica dos polimeros em geral é inferior à dos metais.
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
onde
é a densidade de portadores de carga,
a carga elementar e
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 (
alto). Além disso, o retículo cristalino metálico é regular e pouco dispersivo, o que confere mobilidade elevada (
alto). Com isso, metais apresentam
com
e
ambos tipicamente grandes, resultando em condutividade da ordem de
a
.
Passo 3
Já os polímeros convencionais são formados por longas cadeias de ligações covalentes saturadas (ligações
), em geral sem sistemas conjugados estendidos. Nesses materiais:
. A separação entre a banda de valência e a banda de condução (band gap) é grande (
a
,eV), de modo que quase não há elétrons excitados
muito baixo.
. Os orbitais eletrônicos ficam localizados nas cadeias, causando forte espalhamento e baixa mobilidade
muito baixo.
Portanto
Portanto
com
e
extremamente pequenos.
Passo 4
Como nos polímeros intrínsecos tanto a densidade de portadores (
) quanto a mobilidade (
) são muito menores que nos metais, a condutividade
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 (
) e mobilidade (
) muito menores, levando a uma condutividade
várias ordens de grandeza menor.