CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS E TÉRMICAS
Os materiais podem conduzir bem a eletricidade quando na presença de um campo, que é o caso de condutores. Quando os materiais não são capazes de conduzir eletricidade nem na presença de campos grandes, são denominados isolantes. Entre as duas classificações há o meio termo, os semicondutores.
Fonte: Ponto Ciência
A relação entre o fenômeno e o material está diretamente ligada ao número de elétrons livres dos átomos que compõe esse elemento. Os materiais condutores são metálicos em geral. Isso ocorre porque os metais possuem uma camada de valência bem distante do núcleo, com poucos elétrons. Assim, os elétrons de valência ficam pouco atraídos ao núcleo, formando uma nuvem de elétrons “soltos” e cátions, denominada mar de elétrons livres. Com essa facilidade de deslocamento dos elétrons, o metal torna-se um material condutor.
Para analisar esse tipo de comportamento, surge o conceito de bandas de energia nos sólidos. A medida que átomos se agrupam na formação ordenada, cristalina de um sólido, os elétrons sentem a ação dos elétrons e núcleos dos átomos adjacentes. Esta influência é tal que cada estado atômico distinto pode se dividir em uma série de estados eletrônicos proximamente espaçados, para formar o que é conhecido como banda de energia eletrônica.
Um material condutor apresenta a banda de valência parcialmente ocupada. Deste modo, os portadores de carga podem navegar nessa banda, sem restrições, com o fornecimento de uma energia pequena, caso dos metais por exemplo. Em um isolante, a banda de valência está completamente cheia e a próxima banda a ser ocupada está com um gap de energia bem alto. Ou seja, para o material conduzir as cargas, os elétrons devem ganhar uma energia elevada. Por fim, em um semicondutor a diferença de energia (gap) é um valor razoável, o qual pode ser obtido pela radiação eletromagnética (luz) ou energia térmica.
Adicionalmente, pode-se colocar impurezas aos semicondutores de modo a facilitar a promoção dos portadores de carga à banda de condução, processo denominado dopagem. Se a impureza adicionada possui mais elétrons de valência, ela será doadora de elétrons, formando o semicondutor do tipo n. Caso a impureza possua menos elétrons na camada de valência, o semicondutor formado será do tipo p, sendo a impureza um receptor de elétrons. Em ambos os casos, facilita-se o processo de condução eletrônica.
As propriedades térmicas de um material estão ligadas à capacidade dos átomos transferirem energia térmica. Isso ocorre através de vibração dos átomos, que transferem energia aos átomos vizinhos e assim por diante. As partículas responsáveis por essa transferência de energia são os elétrons, e é por isso que as características térmicas e elétricas de um material são similares. Os metais, por exemplo, são bons condutores de calor, devido ao mar de elétrons, que facilita a transferência de energia térmica.
PROPRIEDADES MAGNÉTICAS
Uma característica importante dos elétrons é que eles possuem spin, que é a rotação dos elétrons em torno do próprio eixo. Pelas leis de Maxwell do eletromagnetismo, o spin dos elétrons produz um campo magnético, sendo esse efeito a origem do magnetismo nos materiais. A classificação dos materiais de acordo com as suas características magnéticas depende da presença de elétrons desemparelhados no átomo, isto é, átomos sozinhos em um orbital.
Fonte: ScienceABC
Os elementos podem ser divididos em três tipos quanto ao magnetismo: elementos paramagnéticos, diamagnéticos e ferromagnéticos. Os elementos paramagnéticos são aqueles que possuem elétrons desemparelhados. Esses elétrons se alinham quando estão um campo magnético, gerando um ímã que tem a capacidade de aumentar ligeiramente a intensidade do campo magnético. Os materiais desses elementos químicos são fracamente atraídos pelos ímãs naturais. Alguns exemplos são o alumínio, o magnésio e o sulfato de cobre.
Os elementos diamagnéticos são aqueles que, ao serem submetidos a um campo magnético, têm seus elétrons alinhados de tal modo que geram um campo de sentido contrário ao aplicado. São fracamente repelidos pelos ímãs naturais e não apresentam elétrons desemparelhados. Alguns exemplos de espécies diamagnéticas são o bismuto, o cobre, a prata e o chumbo.
Os elementos ferromagnéticos são elementos que, ao serem submetidos a um campo magnético, têm seus elétrons alinhados na mesma direção e sentido do campo. Os elementos ferromagnéticos também apresentam elétrons desemparelhados (assim como os paramagnéticos), mas a grande diferença agora é que esse alinhamento ficará assim por tempo indeterminado, criando então um ímã. Para desmagnetizá-lo, deve-se aplicar um campo magnético na direção oposta ou elevar a temperatura até um nível ideal, fazendo com que a organização dos elétrons se torne aleatória novamente. São exemplos de espécies ferromagnéticas o ferro, o níquel, o cobalto e as ligas formadas por estes elementos.
Fonte: ElétronPi
