Segundo Boylestad (2013), os semicondutores são uma classe especial de elementos cuja condutividade está entre a de um bom condutor e de um isolante. Um material semicondutor não permite que a corrente flua tão facilmente como ocorre nos condutores. Mas, sob certas condições, os semicondutores podem conduzir tão mal que se comportam como isolantes.
Nesse contexto, avalie as afirmações a seguir e classifique em V ou F.
I. Os elétrons de valência estão localizados nos núcleos dos átomos.
II. Os portadores de corrente nos condutores são elétrons de valência.
III. O silício é um condutor.
IV. O cristal de silício é formado por ligações covalentes.
I. Os elétrons de valência estão localizados nos núcleos dos átomos.
II. Os portadores de corrente nos condutores são elétrons de valência.
III. O silício é um condutor.
IV. O cristal de silício é formado por ligações covalentes.
Passo 1
O enunciado pede que eu avalie quatro afirmações sobre semicondutores e classifique cada uma como verdadeira (V) ou falsa (F). As afirmações são:
Vou analisar cada afirmação passo a passo, explicando os conceitos necessários (elétrons de valência, portadores de corrente, condutor vs. semicondutor, estrutura cristalina do silício) de forma didática para você entender por que cada afirmação é V ou F.
Passo 2
Entendendo onde estão os elétrons de valência (isso é essencial para a
).
- O átomo tem um núcleo (prótons e nêutrons) muito pequeno e denso no centro, e elétrons (
) distribuídos ao redor do núcleo em “camadas” ou níveis de energia. - “Elétrons de valência” são os elétrons que ocupam a camada mais externa do átomo, ou seja, aqueles mais afastados do núcleo e que participam das ligações químicas. Eles não estão no núcleo; estão na região eletrônica externa.
- Conclusão didática: o núcleo contém prótons e nêutrons, não elétrons de valência. Logo, a afirmação
(dizendo que elétrons de valência estão no núcleo) contradiz a física atômica básica.
Passo 3
Daí, avalio a
com a explicação acima.
- Como vimos, os elétrons de valência ficam nas camadas externas do átomo, responsáveis por ligações e por participar de processos de condução quando se tornam móveis.
- Portanto, a afirmação
é falsa.
Passo 4
Agora, vamos entender quem são os portadores de corrente em condutores (para analisar a
).
- Em metais (bons condutores) as camadas externas dos átomos formam bandas de energia que se sobrepõem; isso permite que muitos elétrons fiquem deslocalizados e se movam livremente pelo material. Esses elétrons móveis costumam originar-se dos elétrons de valência dos átomos metálicos.
- Em linguagem simples: os elétrons que carregam corrente num condutor são elétrons que pertenciam à camada externa (valência) mas que, pela estrutura do metal, tornaram-se “livres” para se mover — chamamos de elétrons de condução.
- Importante: em semicondutores, além de elétrons livres, há “lacunas” (holes) que também atuam como portadores de carga; mas a afirmação fala de condutores (metais), não de semicondutores.
Passo 5
Daí, avalio a
com base no que expliquei.
- Como os portadores de corrente nos condutores metálicos são, de fato, elétrons que vieram das camadas de valência e ficaram deslocalizados, a afirmação
é verdadeira — eles são originariamente elétrons de valência que se comportam como elétrons de condução.
Passo 6
Agora, vamos ver a natureza do silício e a afirmação
.
- O silício (
) é um elemento do grupo 14 que, em sua forma cristalina pura, é classificado como semicondutor intrínseco, não como um condutor metálico. - Em termos de teoria de bandas: o silício tem uma banda de valência completamente preenchida e uma banda de condução vazia a temperaturas muito baixas, com uma lacuna de energia (bandgap) entre elas. Para o
o valor dessa lacuna é aproximadamente à temperatura ambiente. Isso significa que nem todos os elétrons estão livres para conduzir como em um metal; é preciso energia (por exemplo térmica ou dopagem) para mover elétrons para a banda de condução. - Assim, chamar o silício simplesmente de “condutor” é incorreto: ele é um semicondutor — seu comportamento elétrico fica entre o de um isolante e o de um condutor, e depende de temperatura e dopagem.
Passo 7
Da explicação do passo anterior, concluo sobre a
.
- A afirmação
(“O silício é um condutor”) é falsa, porque o silício puro é um semicondutor, não um condutor metálico.
Passo 8
Por fim, vamos analisar a estrutura cristalina do silício e a afirmação
.
- Na rede cristalina do silício, cada átomo de
forma quatro ligações com átomos vizinhos em uma geometria tetraédrica — esse é o mesmo arranjo do diamante (estrutura cúbica-diamante). - Essas ligações que unem os átomos de silício são ligações covalentes: cada átomo compartilha elétrons de valência com os vizinhos para formar pares eletrônicos ligantes.
- Portanto, o cristal de silício é efetivamente formado por ligações covalentes entre os átomos.
Passo 9
Conclusão sobre a
.
- A afirmação
é verdadeira: o cristal de silício é formado por ligações covalentes.
Resposta
I. F
II. V
III. F
IV. V
II. V
III. F
IV. V