O Átomo
O átomo é um sistema formado por um núcleo central onde se encontram os nêutrons e os prótons, núcleo este carregado positivamente. O núcleo é envolvido por uma nuvem de elétrons carregados negativamente que neutralizam a carga positiva do núcleo. Os elétrons giram em camadas de órbitas concêntricas ao redor do núcleo designadas pelas letras K, L, M, N, O, P, Q. A quantidade máxima de elétrons que pode haver em cada camada é: K=2, L=8, M=18, N=32, O=32, P=18, Q=8.
A última camada de elétrons que o átomo apresenta chama-se «camada de valência«. O número máximo de elétrons que o átomo pode apresentar na camada de valência é 8, qualquer que seja a última camada, exceto quando o átomo possui apenas a camada K, quando o número máximo de elétrons da camada de valência passa a ser 2. Os átomos sempre procuram atingir esta condição de 8 elétrons (ou 2 elétrons) na última camada, pois esta é a sua condição estável. Para isto eles doam, recebem ou compartilham os elétrons da camada de valência. Destas transações de elétrons surgem forças de atrações capazes de unir os átomos formando as moléculas ou os cristais, são as ligações químicas.
Ligações Químicas
As ligações químicas podem ser de dois tipos:
- Ligações Iônicas: As ligações iônicas se caracterizam pela perda e ganho de elétrons, ou seja, há transferência de elétrons de um átomo para outro. As ligações iônicas resultam na formação de cristais.
- Ligações Covalentes: Nas ligações covalentes os átomos se ligam entre si por meio de um par de elétrons, que ficam participando simultaneamente dos dois átomos. As ligações covalentes resultam na formação de moléculas ou de cristais.
Elementos Condutores, Isolantes e Semicondutores
- Condutores: São elementos que possuem elétrons livres em grandes quantidades. Estes elétrons livres são os elétrons fracamente ligados ao núcleo e que sob a ação de uma diferença de potencial passam a se locomover no interior do material. Quanto maior for o número de elétrons livres presentes no material, maior será o fluxo de corrente pelo mesmo quando submetido à uma diferença de potencial, consequentemente, maior será sua condutividade. Exemplo: ouro, prata, cobre, alumínio, etc.
- Isolantes: São elementos que possuem os elétrons fortemente presos em suas ligações, e, mesmo quando aquecidos, desprendem uma quantidade muito pequena de elétrons. Como os materiais isolantes possuem uma quantidade muito pequena de elétrons livres, conclui-se que sua condutividade é baixa. Exemplos de materiais isolantes: borracha, mica, porcelana, ar, etc.
- Semicondutores: São elementos cuja condutividade situa-se entre a dos condutores e a dos isolantes. Os principais materiais semicondutores utilizados atualmente são o Germânio (Ge) e o Silício (Si), que, em estado puro encontram-se sob a forma cristalina.
Estrutura do Germânio e do Silício
A estrutura cristalina do Ge e do Si consiste em uma repetição regular em 3 dimensões de uma célula unitária cuja forma é a de um tetraedro com um átomo em cada vértice. Os átomos de Ge e de Si são tetravalentes, isto é, possuem 4 elétrons na camada de valência. Cada átomo encontra-se ligado com um átomo vizinho por meio de uma ligação covalente.