Que son os eléctrons de valencia e a conductividade eléctrica

Que son os Electrones de Valencia e a Conductividade Eléctrica?

Definición de Electrones de Valencia

Un átomo está composto por un núcleo que contén protóns e neutrones, con eléctrons en cáscaras ao seu redor. O núcleo ten carga positiva, mentres que os eléctrons teñen carga negativa. Os átomos son eléctricamente neutros porque teñen igual número de protóns e eléctrons.

Os eléctrons nun átomo están dispostos en cáscaras segundo os seus niveis de enerxía. A cáscara máis próxima ao núcleo ten a menor enerxía, mentres que a cáscara máis afastada ten a maior enerxía. Cada cáscara ten unha capacidade máxima de eléctrons: a primeira cáscara pode albergar ata 2, a segunda ata 8, e así sucesivamente.

Os eléctrons de valencia son os eléctrons na cáscara máis externa dos átomos. Participan na ligazón química e poden ser influenciados por campos eléctricos ou magnéticos. O número de eléctrons de valencia varía de 1 a 8, dependendo do elemento.

Os eléctrons de valencia son cruciais para determinar as propiedades físicas, químicas e eléctricas dun elemento. Os elementos con eléctrons de valencia similares xeralmente teñen reactividades e tipos de ligazón similares. Diferentes números de eléctrons de valencia resultan en conductividades eléctricas e tipos de materiais diferentes.

Conductividade Eléctrica

A conductividade eléctrica mide o nivel no que un material permite que a corrente eléctrica fluea a través del. A corrente eléctrica consiste en cargas eléctricas en movemento, xeralmente levadas por eléctrons libres ou iones. Os materiais de alta conductividade conducen facilmente a corrente, mentres que os materiais de baixa conductividade a resisten.

A conductividade eléctrica dun material depende de varios factores, como a súa temperatura, estrutura, composición e pureza. No entanto, un dos factores máis importantes é o número e o comportamento dos eléctrons libres no material.

Os eléctrons libres son eléctrons de valencia que non están estreitamente unidos aos seus átomos parentais e poden moverse libremente dentro do material. Estes son os eléctrons que poden responder a un campo eléctrico aplicado ou a unha diferenza de potencial e desprazar-se en unha dirección, creando unha corrente eléctrica.

O número e o comportamento dos eléctrons libres nun material están determinados polo número de eléctrons de valencia nos seus átomos constituintes. Xeralmente, os materiais con menos eléctrons de valencia tenden a ter máis eléctrons libres, mentres que os materiais con máis eléctrons de valencia tenden a ter menos eléctrons libres.

Baseándose na súa conductividade eléctrica e no seu número de eléctrons de valencia, os materiais poden clasificarse en tres grupos principais: conductores, semiconductores e aislantes.

Conductores

Os conductores son materiais que teñen alta conductividade eléctrica porque teñen moitos eléctrons libres que poden transportar facilmente unha corrente eléctrica. Os conductores xeralmente teñen un, dous ou tres eléctrons de valencia nos seus átomos. Estes eléctrons de valencia teñen niveis de enerxía altos e están débilmente unidos aos seus átomos parentais. Poden separarse facilmente dos seus átomos ou moverse dentro do material cando se aplica un campo eléctrico ou unha diferenza de potencial.

A maioría dos metais son bons conductores de electricidade porque teñen poucos eléctrons de valencia nos seus átomos. Por exemplo, o cobre ten un electrón de valencia, o magnesio ten dous eléctrons de valencia, e o aluminio ten tres eléctrons de valencia. Estes metais teñen moitos eléctrons libres na súa estrutura cristalina que poden moverse libremente cando se aplica un campo eléctrico.

Algunos nonmetais tamén poden actuar como conductores en certas condicións. Por exemplo, o grafite (unha forma de carbono) ten catro eléctrons de valencia nos seus átomos, pero só tres deles están usados para ligar con outros átomos de carbono nun retículo hexagonal. O cuarto electrón de valencia é libre para moverse ao longo do retículo cando se aplica un campo eléctrico.

Semiconductores

Os semiconductores son materiais que teñen conductividade eléctrica moderada porque teñen poucos eléctrons libres que poden transportar unha corrente eléctrica en certas condicións. Os semiconductores son materiais que teñen catro eléctrons de valencia nos seus átomos, como o carbono, o silicio e o germanio. Estes eléctrons de valencia están usados para ligar con outros átomos nunha estrutura reticular regular. No entanto, a temperatura ambiente, algunhas destes eléctrons de valencia poden gañar suficiente enerxía para romper as súas ligazóns e convertirse en eléctrons libres. Estes eléctrons libres poden entón transportar unha corrente eléctrica cando se aplica un campo eléctrico.

No obstante, o número de eléctrons libres nun semiconductor puro é moi baixo, e a conductividade eléctrica é moi pobre. Polo tanto, os semiconductores adoitan doparse con átomos de impurezas que teñen máis ou menos eléctrons de valencia que os átomos anfitrións. Isto crea un exceso ou un déficit de eléctrons libres no semiconductor, que aumenta a súa conductividade eléctrica.

Hai dous tipos de dopado: tipo n e tipo p. No dopado de tipo n, átomos de impurezas con cinco eléctrons de valencia, como o fósforo ou o arsénico, son engadidos ao semiconductor. Estes átomos doan un electrón de valencia extra ao semiconductor, creando un portador de carga negativo chamado electrón. No dopado de tipo p, átomos de impurezas con tres eléctrons de valencia, como o boro ou o galio, son engadidos ao semiconductor. Estes átomos aceptan un electrón de valencia do semiconductor, creando un portador de carga positivo chamado buraco.

Os semiconductores empreganse amplamente en diversos dispositivos electrónicos, como transistores, diodos, células solares, diodos emisores de luz (LED), lásers e circuitos integrados. Estes dispositivos explotan as propiedades únicas dos semiconductores, como a súa capacidade de cambiar entre estados de conducción e aislamento, a súa sensibilidade á luz e á temperatura, e a súa compatibilidade con outros materiais.

Aislantes

Os aislantes son materiais que teñen baixa conductividade eléctrica porque teñen moito poucos ou ningún electrón libre que poida transportar unha corrente eléctrica. Os aislantes xeralmente teñen cinco ou máis eléctrons de valencia nos seus átomos. Estes eléctrons de valencia están fortemente unidos aos seus átomos parentais e requiren moita enerxía para separarse ou excitarse. Polo tanto, os aislantes non responden a un campo eléctrico aplicado ou a unha diferenza de potencial e resisten ou bloquean o fluxo da corrente eléctrica.

A maioría dos nonmetais son bons aislantes de electricidade porque teñen moitos eléctrons de valencia nos seus átomos. Por exemplo, o nitróxeno ten cinco eléctrons de valencia, o azufre ten seis eléctrons de valencia, e o neón ten oito eléctrons de valencia. Estes elementos non teñen eléctrons libres na súa estrutura e non permiten que a corrente eléctrica fluea a través deles.

Alguns materiais tamén poden actuar como aislantes en certas condicións. Por exemplo, o vidro e a goma son bons aislantes a temperatura ambiente, pero poden convertirse en conductores a temperaturas altas cando algunhas dos seus eléctrons de valencia gañan suficiente enerxía para convertirse en eléctrons libres.

Os aislantes empreganse principalmente para prevenir que a corrente eléctrica fluea onde non se desexa ou necesita. Por exemplo, os aislantes empreganse para recubrir cables e fíos para protexilos de cortocircuitos e choques eléctricos. Os aislantes tamén empreganse para separar diferentes partes dun dispositivo electrónico ou circuito para prevenir interaccións indeseadas ou interferencias.

Conclusión

Os eléctrons de valencia son os eléctrons na cáscara máis externa dun átomo que poden participar en ligazóns químicas e correntes eléctricas. O número e a disposición dos eléctrons de valencia determinan moitas propiedades físicas, químicas e eléctricas dun elemento.

A conductividade eléctrica é unha medida do nivel no que un material pode permitir que unha corrente eléctrica fluea a través del. A conductividade eléctrica depende de varios factores, como o número e o comportamento dos eléctrons libres no material.

Baseándose na súa conductividade eléctrica e no seu número de eléctrons de valencia, os materiais poden clasificarse en tres grupos principais: conductores, semiconductores e aislantes.

Os conductores teñen alta conductividade eléctrica porque teñen moitos eléctrons libres que poden transportar facilmente unha corrente eléctrica. Os conductores xeralmente teñen un, dous ou tres eléctrons de valencia nos seus átomos.

Os semiconductores teñen conductividade eléctrica moderada porque teñen poucos eléctrons libres que poden transportar unha corrente eléctrica en certas condicións. Os semiconductores xeralmente teñen catro eléctrons de valencia nos seus átomos.

Os aislantes teñen baixa conductividade eléctrica porque teñen moito poucos ou ningún electrón libre que poida transportar unha corrente eléctrica. Os aislantes xeralmente teñen cinco ou máis eléctrons de valencia nos seus átomos.

Estes materiais teñen diferentes aplicacións en diversos dispositivos electrónicos, como transistores, diodos, células solares, LED, lásers e circuitos integrados. Estes dispositivos explotan as propiedades únicas destes materiais, como a súa capacidade de cambiar entre estados de conducción e aislamento, a súa sensibilidade á luz e á temperatura, e a súa compatibilidade con outros materiais.