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Estrutura Eletrônica em Sólidos

LIGAÇÃO METÁLICA

QFL-4010 Prof. Gianluca C. Azzellini

Algumas Propriedades dos Metais:

� Condutividade Elétrica

� Condutividade Térmica

� Maleabilidade

� Brilho

Mobilidade dos elétrons de valência na estrutura.


Teoria de Bandas: Formação de Orbitais Moleculares envolvendo todos os orbitais atômicos dos átomos no

sólido.

a) Li2

2s 2s

Ligante

Anti-Ligante


b) Li3

2s 2s 2s

Ligante

Anti-Ligante

Não Ligante


2s 2s 2s 2s

Ligantes

Anti-Ligantes

c) Li4


2s 2s

n átomos

d) Lin

Banda de Energia: Conjunto de OM com pequenas diferenças de energia entre orbitais (níveis) sucessivos.


Condução Eletrônica e Distribuição Eletrônica :

2s

n átomos 2s1

N OM

N/2 OM Completamente Preenchidos

n elétrons

a) Orbitais Atômicos Semi-Preenchidos


2s

n átomos 2s1

Banda de Valência

banda s Camada Preenchida

Camada Vazia


2s

n átomos 2s1

Estímulo Externo Promoção de elétrons para a camada vazia

Níveis de Condução

(Banda Condução)


n 2s

n átomos 2s2

N OM

N OM Completamente Preenchidos

2n elétrons

b) Orbitais Atômicos Preenchidos, Ex: Be

banda s


n 2s

banda s

n 2p

banda p (vazia)

Sobreposição bandas s e p

Banda Condução (BC)

Banda Valência (BV)


Níveis de Fermi: Níveis eletrônicos de maior energia ocupados em um sólido à T=0K.

n 2s1 n 2s2

Nível de Fermi

Nível de Fermi HOMO


Formação de lacunas (buracos positivos)

T > 0 K

Nível de Fermi

+ é

+ + +

é é é

Movimentação de elétrons e lacunas


Condutores, Semi-Condutores, Isolantes

∆∆∆∆E~5 eV

∆∆∆∆E 0,6 – 1,1 eV

Condutor Semi-Condutor Isolante

1eV~ 96,5 kJ.mol-1

“gap”

“gap”

BV BV

BC

BC


TEMPERATURA E CONDUTIVIDADE

A) Condutores: Temperatura Condutividade

T1 T2

T2>T1

>T →→→→ > vibrações atômicas


TEMPERATURA E CONDUTIVIDADE

B) Semi-Condutores:

Temperatura Condutividade

C) Isolantes: Quando condutividade é mensurável

Temperatura Condutividade

BV

Processo Excitação Térmica:

BC


SEMI-CONDUTORES INTRÍNSECOS

Ex: Si e Ge

BV

BC

Excitação Térmica ou Luminosa

BV

BC

+ + +

é é é

+

é

Fluxo de elétrons


SEMI-CONDUTORES EXTRÍNSECOS

i- Tipo p (positivo)

Dopagem com elementos deficientes de elétrons em relação à matriz

Si Si Si Si Si

Si Si B+ Si Si

B+ Si Si Si Si


BV

BC

é é é

+ + +

Nível Aceptor

i- Tipo p (positivo)

~0,1 eV


SEMI-CONDUTORES EXTRÍNSECOS

ii- Tipo n (negativo)

Dopagem com elementos com mais elétrons em relação à matriz

Si Si Si Si Si

Si Si P- Si Si

P- Si Si Si Si


BV

BCé é é

Nível Doador

ii- Tipo n (negativo)

~0,1 eV


JUNÇÕES p-n

+ +

+ +

+ +

- -

- -

- -

+ +

+ +

+ +

- -

- -

- -

p n p n

- +

p nQFL-4010 Prof. Gianluca C. Azzellini

p n

-+ - +

+- - +

Conexão com um Gerador Externo de Corrente

p n

Bloqueio Corrente

Passagem Corrente


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