- Como ocorre a condução térmica para os materiais com ligações metálicas, iônicas e covalentes?
Passo 1
O enunciado pergunta como se dá o transporte de calor em materiais classificados por ligações metálicas, iônicas e covalentes. Esse assunto faz parte de condução térmica em sólidos e vamos precisar entender quais são os portadores de energia térmica em cada caso (elétrons livres e/ou vibrações de rede, isto é, fônons).
Passo 2
Em materiais com ligações metálicas a maior parte da condução térmica ocorre por elétrons livres. Num metal, os elétrons da chamada “band a de condução” movem-se quase livremente pelo retículo cristalino, carregando energia térmica de regiões mais quentes para regiões mais frias. As vibrações da rede (fônons) também contribuem, mas ficam em segundo plano porque a mobilidade dos elétrons é muito maior. É por isso que metais como cobre e prata têm condutividade térmica tão alta.
Passo 3
Em materiais iônicos os elétrons estão firmemente ligados aos íons e não podem se mover livremente. Logo, a condução térmica se dá principalmente por fônons, ou seja, pelas vibrações coletivas do retículo iônico. Quando um átomo vibra ele “chacoalha” o vizinho, propagando a onda vibracional. Como não há portadores eletrônicos, a condutividade térmica típica de cerâmicas iônicas é bem menor do que a dos metais.
Passo 4
Em materiais covalentes, de modo geral, também não existem elétrons livres, e o transporte de calor fica sob responsabilidade dos fônons. A eficiência depende da rigidez e perfeição da rede: cristais covalentes muito ordenados e com ligações fortes (por exemplo, o diamante) apresentam condutividade térmica muito alta, pois as vibrações se propagam com pouca dispersão. Em vidros ou polímeros covalentes, a desordem espalha os fônons e reduz a condutividade. Em semicondutores covalentes (silício, germânio), há ainda uma contribuição menor de portadores eletrônicos quando a temperatura ou dopagem forem elevadas.
Resposta
- Materiais metálicos: condução principalmente por elétrons livres (fônons em segundo plano).
- Materiais iônicos: condução exclusivamente por fônons (vibrações do retículo), sem elétrons livres.
- Materiais covalentes: condução via fônons; intensidade depende da rigidez e ordem da rede (cristal perfeito dá alta condutividade, desordem reduz). Em semicondutores covalentes, há também contribuição dos elétrons/buracos quando presentes.