Considerando o modelo de bandas de energia em sólidos para materiais condutores e isolantes, assinale a opção correta.
- A)Materiais metálicos condutores possuem um único tipo de estrutura de bandas, cujos estados eletrônicos vazios se encontram distantes dos espaços preenchidos.
Errada, porque materiais metálicos condutores não têm um único tipo de estrutura de bandas com estados vazios distantes; em geral há banda parcialmente preenchida ou sobreposição de bandas.
- B)As estruturas das bandas nos materiais condutores e isolantes são semelhantes, porém a magnitude do espaçamento entre a banda de valência e a banda de condução dos materiais isolantes é menor.
Errada, porque nos isolantes o espaçamento entre valência e condução é maior, e não menor, do que nos condutores.
- C)Os menores valores de condutividade dos materiais isolantes podem ser explicados devido à necessidade de menor energia para excitação eletrônica.
Errada, porque a baixa condutividade dos isolantes ocorre justamente pela necessidade de maior energia para excitar elétrons para a banda de condução.
- D)Quando comparados aos materiais isolantes, os materiais condutores possuem maior número de elétrons livres, que se tornam livres quando excitados de um estado preenchido para um estado vazio em um nível de menor energia na estrutura de bandas.
Errada, porque os elétrons livres nos condutores não surgem por excitação para um estado vazio em nível de menor energia; a descrição correta envolve disponibilidade de estados próximos e facilidade de transição para a banda de condução.
- E)A banda eletrônica pode ser definida como uma série de estados eletrônicos com espaçamentos próximos uns dos outros em termos de energia, podendo existir uma dessas bandas para cada subcamada eletrônica de um átomo isolado.
Certa, porque banda eletrônica é um conjunto de estados com energias muito próximas, podendo existir bandas associadas a subcamadas eletrônicas de um átomo isolado quando ele compõe um sólido.
Gabarito: E
No modelo de bandas, os elétrons em um sólido não ocupam energias isoladas como em um átomo solto, mas faixas de energia muito próximas entre si. Essas faixas surgem da interação entre muitos átomos no cristal e ajudam a separar o comportamento dos materiais: nos condutores, há elétrons disponíveis para se mover com facilidade; nos isolantes, existe uma lacuna de energia maior entre a banda de valência e a de condução, dificultando a condução elétrica. A ideia central da questão está na definição de banda eletrônica. Ela é, justamente, um conjunto de estados eletrônicos muito próximos em energia, e pode haver bandas associadas a subcamadas eletrônicas de um átomo isolado quando ele passa a fazer parte de um sólido. Isso é o que a alternativa E descreve corretamente. Em condutores, a banda de valência pode estar parcialmente preenchida ou sobreposta à banda de condução, o que facilita o aparecimento de elétrons livres. Já nos isolantes, a separação energética é grande, então quase nenhum elétron consegue saltar para a banda de condução em condições normais. Em termos práticos: no condutor o elétron acha uma saída quase sem esforço; no isolante, a porta está bem mais alta. Esse raciocínio é padrão da física do estado sólido e da engenharia de materiais, sem depender de uma regra legal específica. O ponto de prova é reconhecer a definição correta de banda de energia e não confundir condutor com isolante pelo tamanho do gap ou pela facilidade de excitação eletrônica.