Molécula: É a menor partícula de uma substância, que apresenta todas as características da mesma.

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1 I TEORIA ATÔMICA DA MATÉRIA Todos os corpos se compõem de matérias-primas básicas, designadas por elementos químicos. Sua menor porção química é o átomo. Este possui um núcleo contido de prótons e nêutrons, em torno do qual giram elétrons a velocidades elevadas, em camadas energéticas concêntricas. Cada elemento possui um número diferente de elétrons, influindo este número nas suas características elétricas. O átomo equilibrado (não-ionizado) possui igual número de prótons como de elétrons; porém o átomo desequilibrado (ionizado), tem a denominação de íon possui um número de elétrons maior ou menor que o número de prótons. Se o número elétrons é maior que o número de prótons, o íon esta ionizado negativamente (aniões), número de elétrons menor que o número de prótons, o íon esta ionizado positivamente (cátions). 1.1 CONSTITUIÇÃO DA MATÉRIA Matéria é tudo que tem massa e que ocupa lugar no espaço (Madeira, Vidro, Sal, Ferro, etc.). A matéria se relaciona com uma variedade de coisas, sendo cada tipo de matéria uma substância. Molécula: É a menor partícula de uma substância, que apresenta todas as características da mesma. Átomo: É o que constitui as moléculas, o número de átomos que compreendem uma molécula varia de acordo com as substâncias. É a menor partícula de um elemento. Átomo - palavra de origem grega, a - não, tomo - divisão, (não divisível). H 2O - 2 átomos de Hidrogênio e 1 átomo de oxigênio (molécula de água) Em 1803 foi promovida a teoria atômica de Dalton que diz: Qualquer matéria é formada por átomos indivisíveis. Em 1911, com as experiências de Rutherford, ficou provado que o átomo é divisível, formado por partículas ainda menores: prótons, elétrons e nêutrons. Substâncias simples: São substâncias que possuem suas moléculas com átomos iguais. Ferro - FE Cobre - CU Zinco ZN Substâncias compostas: São substâncias que possuem suas moléculas com átomos diferentes. Água - H 2O Acido - SO 4 Gás Carbônico - CO 2 Elemento: É a combinação de elétrons, prótons e neutros, para constituir um átomo. Atualmente são conhecidos 109 tipos de átomos. Hidrogênio - H Sódio - Na Silício - Si Oxigênio - O Cobre - Cu Germânio Ge hidrogênio (H 2) oxigênio (O 2) água (H 2O) gás carbônico (CO 2) SUBSTÂNCIAS SIMPLES SUBSTÂNCIAS COMPOSTAS TEORIA ATÔMICA DA MATÉRIA 5

2 1.2 NATUREZA DA ELETRICIDADE A força de atração entre prótons e elétrons se compõem com a ação da força centrifuga dos elétrons em movimento, estabelecendo assim o equilíbrio das forças internas do átomo. O elemento mais simples é o Hidrogênio. Como se pode ver na figura, seu átomo tem um único elétron em órbita ao redor do núcleo com um próton. Um dos mais complexos elementos é o urânio, que tem 92 elétrons em órbita ao redor de um núcleo com 92 prótons. Cada elemento tem a sua própria estrutura atômica, porém cada átomo de um mesmo elemento tem igual número de prótons e elétrons ( elemento balanceado ). Elétrons : é uma partícula de átomo carregado de eletricidade negativa e são considerados indivisíveis. MASSA 9,11 x!0-28 Gramas Diâmetro 56 x mm Carga -1,6 x Coulombs Estrutura Atômica de um Elemento Prótons: É uma das dezenas de partículas contidas no núcleo. Possui carga elétrica positiva. O número de prótons no núcleo, define o número atômico e o tipo de átomo. Nêutrons: Partículas no interior do núcleo de um átomo, que não possui cargas elétricas. Prótons e Nêutrons tem apenas 1/3 do diâmetro do elétron (18 x mm), porém é mais pesado, a massa de um próton é aproximadamente 1840 vezes maior que a massa do elétron Camadas Energéticas de um Átomo Formada de uma até sete camadas camadas nome K L M N O P Q n o Máximo de Elétrons Tabela 1 Podemos notar que somente a camada periférica de um átomo pode apresentar-se incompleta; as demais estão completas. Existem 6 substâncias com a camada periférica completa (gases nobres ou inertes), não se combinam com nenhum outro elemento (hélio,neônio, argônio,criptônio, xenônio e radônio). Os elétrons que se encontram na camada periférica são chamados de elétrons de valência (valência = elo, união ). Elétrons de valência são os que possuem liberdade para participar de fenômenos químicos ou elétricos. Cadeia de Valência: Ocorre: quando um elétron gira em torno de dois núcleos, efetuando uma união dos átomos entre si. Em uma substância, depois de se terem sido formados as cadeias de valência, os elétrons que não participam das cadeias de valência, não possuem união firme e são denominados elétrons livres. Quanto maior o número de elétrons livres na substância, tanto maior o fluxo de corrente de elétrons; para uma dada tensão ou seja, maior será a condutividade no material. TEORIA ATÔMICA DA MATÉRIA 6

3 Regra de Distribuição das Camadas Energéticas: Existem sete camadas energéticas, sendo que cada camada permite uma quantidade de elétrons. (ver tabela 1) Quando se tem mais de 8 elétrons, na última camada, cancela-se o número escrito e coloca-se em seu lugar o n o 8 ou 18; dos dois, aquele que for imediatamente inferior ao número cancelado A diferença é colocada na camada seguinte. A - Átomo de antimônio (Sb), número atômico 51: B - Átomo de Sódio (Na), número atômico 11. K - L - M - N - O K - L - M Observação: A regra de distribuição eletrônica, não é válida para a maioria dos elementos de transição. Exemplo: K - L - M - N - O - P Ferro (Fe) - Número Atômico Tungstênio (W) - Número Atômico MATERIAL ISOLANTE Possui pouco ou nenhuma quantidade de elétrons livres; os elétrons de valência estão todos em cadeias de valência e existem pouquíssimos elétrons livres para constituir um fluxo de corrente de elétrons (vidro, mica, madeira). Nos materiais isolantes os seus átomos possuem 5 ou mais elétrons em sua camada externa; ele tenta preencher sua camada de modo a alcançar uma situação estável; seus átomos tentam adquirir elétrons, ao invés de fornecê-los, assim, o movimento de elétrons de um átomo a outro é inibido. Exemplo: Enxofre (S) - número atômico 16 K - L - M Camada periférica (valência) M com 6 elétrons de valência, apresenta uma condição maior de alcançar uma situação estável (receber elétrons) ISOLANTES ELÉTRICOS São materiais que oferecem elevada resistência à corrente elétrica. Suas características elétricas (resistividade, rigidez dielétrica, estabilidade perante descargas e constante dielétrica)devem estar de acordo com a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Além das mencionadas, ainda são importantes as seguintes propriedades: A) Não podem ser higroscópicos, isto é, não devem absorver água ou umidade: B) Não devem ser comburentes, ou seja, não devem queimar sob ação de uma chama nem continuar queimando após afastado da chama; C) Precisam ter elevada estabilidade térmica, o que significa que não deve perder sua forma até determinados e elevados limites de temperatura; D) As propriedades mecânicas devem satisfazer ás condições de uso (dureza, elasticidade, deformabilidade). Segundo sua origem, destacam-se isolantes naturais e artificiais. ISOLANTES NATURAIS: ar (quando seco), óleo mineral (livre de água e de ácidos), algodão, cera, goma laca (para altas tensões), papel, mica (sólido de escamas), amianto (pedra fibrosa), quartzo, betume, asfalto, micanite (mica impregnada com goma laca), vidro, fibra de vidro, porcelana, esteatita (talco e areia de quartzo) e argila refratária. ISOLANTES ARTIFICIAIS: São constituídos sobretudo de carvão (carbono), água, ar e cálcio, por polimerização ou poli condensação. Podemos citar como exemplos, o baquelite, o cloreto de polivinila (PVC e borracha sintética), Polistirol (fitas plásticas), Polietileno (cobertura de condutores), Poliéster (blindagem de chaves). 1.4 MATERIAL CONDUTOR São materiais que possuem grande quantidade de elétrons livres. Seus átomos tem menos de 4 elétrons em sua camada exterior, ele apresenta tendência em fornecê-los com facilidade; seus elétrons da camada exterior podem se movimentar aleatoriamente de um a outro átomo. Exemplos: A) Cobre (Cu) número atômico 29 K- L - M - N Camada periférica (N), apresenta uma tendência em fornecer. um elétron com facilidade. B) Prata (Ag) número atômico 47 K - L - M - N - O Camada periférica (O)com um elétron de valência, apresenta uma tendência em fornecer. TEORIA ATÔMICA DA MATÉRIA 7

4 C) Ouro (Au) número atômico 79 K - L - M - N P Camada periférica (P) com um elétron de valência, apresenta uma tendência em fornecer. Para os exemplo B e C, ambos apresentam 1 elétron de valência na camada periférica; porém, podemos afirmar que o ouro e melhor condutor de eletricidade que a prata, devido a sua camada periférica estar mais distante do núcleo. Esta afirmação somente é válida, considerando uma análise atômica de um elemento e para que possamos definir um bom condutor, temos que conhecer sua resistividade elétrica. Os materiais condutores e isolantes são caracterizados por diversas grandezas. Representamos no sub-item Tabela de Elementos Químicos e suas respectivas distribuições iônicas. Muitos metais são bons condutores, sendo o cobre o mais utilizado. Os materiais condutores são caracterizados por diversas grandezas, entre as quais se destacam: condutividade ou resistividade elétrica; coeficiente de temperatura; condutividade térmica; potencial de contato e força termoelétrica; comportamento mecânico. Condutividade Ou Resistividade Elétricas: ( ) Termo usado para comparar os níveis de resistência dos materiais. = R x A R = x l l A = Resistividade elétrica do material (.cm ) R = Resistência elétrica ( ) A = Seção transversal ( cm 2 ) l = Comprimento do corpo condutor (cm) = R x 1 cm 2 1 cm = R. cm Coeficiente De Temperatura ( ) A resistência elétrica, correlacionando correntes que circulam sob um potencial aplicado, serve indiretamente de medida da quantidade de energia absorvida por imperfeições cristalinas e outros fatores. Como a Zero Grau Absoluto a estrutura é perfeitamente simétrica, sem que seus átomos vibrem, a resistência é teoricamente igual a Zero e praticamente possui o menor valor que pode adquirir. Aumentando-se lentamente a temperatura, as partículas vibram interferindo nos movimentos dos elétrons. Uma certa influência causa perdas nos deslocamentos dos elétrons e consequentemente aquecimento do corpo condutor. Traçandose a Curva característica (resistência temperatura), nota-se que ela não obedece em toda sua extensão a uma relação constante entre ordenadas e abscissas. O setor reto da característica, cujo declive é da ordem de 5: 1 trecho AB, é de maior interesse prático, após esse trecho, a curva tende à horizontal. A inclinação da reta AB é dado por Tg R R2 R1 Onde: Tg T T2 T1 O coeficiente de temperatura é a relação Tangente da reta AB/Resistência. Tg R2 R1 1 R1 T2 T1 R1 TEORIA ATÔMICA DA MATÉRIA 8

5 NOME DO METAL RESISTIVIDADE. mm 2 / m COEFICIENTE TEMP. = 20 C Ferro 0,098 0,0057 Alumínio 0,0262 0,0042 Nota: 1. mm 2 / m = cm 1.5 MATERIAL SEMICONDUTOR Ouro 0,0240 0,0037 Cobre 0,0169 0,0040 Prata 0,0162 0,0036 São elementos que tem seus átomos contendo exatamente 4 elétrons em sua camada periférica, ele hesita em fornecer ou aceitar elétrons prontamente. Os elementos que possuem tais átomos não são bons condutores nem bons isolantes, portanto, são classificados como semicondutor Estrutura Atômica de um Semicondutor: Níveis de Energia Os elétrons podem se encontrar na 1 a, 2 a ou 3 a órbitas, mas não podem ser encontrados em órbitas intermediárias. Os raios entre r1 e r2, r2 e r3 são proibidos (VER MECÂNICA QUÂNTICA). Quanto maior a órbita de um elétron, mais alto é o seu nível de energia ou sua energia potencial com relação ao núcleo. Podemos observar nos gráficos de ENERGIA dos materiais condutores, isolantes e semicondutores, mostrados a uma temperatura ambiente (300 o K), que há níveis de fronteira e estado de energia máximo nos quais qualquer elétron da estrutura atômica pode-se situar, continuando proibido a região entre a banda de valência e o nível de ionização Devemos nos lembrar que a ionização é o mecanismo pelo qual um elétron pode absorver energia suficiente para quebrar ligação com a estrutura atômica e se juntar aos portadores livres na banda de condução. Note que a unidade de medida apropriada para energia é o ELÉTRON-VOLT (ev), pois: W (energia) = P (potência) x t(tempo) P = VI W =VIt I = Q/t ou Q = It Logo : W joules = QV Como a energia também é medida em joules e a carga de um elétron é 1,6 x coulomb: ev = 1,6 x Joules TEORIA ATÔMICA DA MATÉRIA 9

6 1.5.3 Estrutura Cristalina ou Rede Cristalina Banda de Energia : Os átomos de substância semicondutora possuem uma particularidade, que é a de se combinarem entre si, para formar uma estrutura cristalina. Esta estrutura cristalina é uma união de vários átomos semicondutores, cuja forma no espaço é de um cubo com um átomo em cada vértice. Cada átomo da estrutura está unido por uma ligação covalente aos quatro átomos vizinhos, tomados à mesma distância. A ligação covalente é caracterizada pelo compartilhamento de um ou mais pares de elétrons entre átomos, causando uma atração mútua entre eles, que mantêm a molécula resultante unida. Ocorre na estrutura cristalina, porque a órbita de um elétron sofre influência das cargas de vários átomos adjacentes. Todos os elétrons que se encontram nas 1 as órbitas têm níveis de energia ligeiramente diferentes, porque nenhum vê exatamente a mesma carga nas proximidades. Como há bilhões de elétrons nas camadas de energia, os níveis de energia ligeiramente diferentes formam uma nuvem ou uma banda (1 a banda). O mesmo ocorre na 2 a e 3 a órbitas, dando origem a 2 a e 3 a banda. As bandas de energia saturadas ou preenchidas, são representadas escuras; isto porque as órbitas disponíveis já estão ocupadas por elétrons. A banda de valência na estrutura cristalina, está preenchida porque a órbita de valência de cada átomo possui 8 elétrons Condução nos Cristais Zero Absoluto Em um cristal, em temperatura de zero absoluto Zero Kelvin ( 0 K ) ou -273,15 graus Celsius ( -273,15 0 C), os elétrons não podem mover dentro do cristal. Podemos observar no gráfico banda de energia que as três primeiras faixas estão preenchidas, os elétrons dessas bandas não podem deslocar-se com facilidade porque não há órbitas vazias. Nesta temperatura não há quebra de ligações covalentes, mantendo a banda de condução vazia; isto quer dizer que não pode haver nenhuma corrente no cristal de silício. Os materiais semicondutores de aplicação prática na eletrônica, possuem características de nomenclatura e, além disso, a periodicidade da estrutura não muda significativamente com adição de impurezas no processo de dopagem. Os dois elementos químicos de maior aplicação na eletrônica são o germânio (Ge) e o silício (Si), devido às suas características atômicas. Nos últimos anos, as pesquisas têm-se intensificado cada vez mais em relação ao silício diminuindo em relação ao germânio, embora, haja uma pequena produção de componentes de germânio. TEORIA ATÔMICA DA MATÉRIA 10

7 Acima do Zero Absoluto Com o aumento de temperatura, a energia térmica quebra algumas ligações covalentes; alguns elétrons de valência são deslocados para a banda de condução. Sob a ação de um campo elétrico, estes elétrons livres movem-se para a esquerda, em direção ao terminal positivo da fonte (diferença de elétrons). Cada vez que um elétron é bombeado para a banda de condução, cria-se uma lacuna na banda de valência. Portanto, a banda de valência já não está mais saturada ou preenchida e a banda de condução dispõe de alguns elétrons livres, capaz de estabelecer uma corrente elétrica. À temperatura ambiente (aproximadamente 25 o C), um pedaço de silício puro, não é nem bom isolante, nem bom condutor; a esta temperatura é chamado de semicondutor. A faixa de temperatura que o silício ou o germânio é considerado semicondutor está entre -273,15ºC a 150ºC; para temperaturas superiores à 150ºC, os mesmos são considerados condutores de energia elétrica. Para uma temperatura ambiente uns grandes números de elétrons adquirem energia suficiente para entrar na banda de condução, isto é, para pular o intervalo de 1,1 ev do silício ou 0,67 ev do germânio. O nível de energia, mais baixo no germânio é devido ao número maior de portadores em relação ao silício, à temperatura ambiente. O rompimento de uma ligação covalente por efeito térmico, cria um par elétron-lacuna, que fica no interior do cristal. Este fenômeno é chamado geração térmica. A presença destas partículas faz com que o cristal passe a conduzir eletricidade, chamado de condutividade intrínseca Fluxo de Corrente Em um semicondutor as lacunas também produzem uma corrente (banda de valência); isto é o que faz os semicondutores serem sensivelmente diferentes de um material condutor. O semicondutor oferece dois trajetos para a corrente elétrica, um através da banda de condução (elétrons) e outro através da banda de valência (lacunas); enquanto os materiais condutores (Cu) oferecem apenas um trajeto para a corrente elétrica, que é através dos elétrons da camada de valência, que resulta na banda de valência ou banda de condução Recombinação É quando um elétron livre encontra e ocupa uma lacuna, restabelecendo uma ligação covalente. A recombinação acontece constantemente num semicondutor, devido ao desprendimento de energia térmica. Ocasionalmente, a órbita da banda de condução (elétron) de um átomo pode interceptar a órbita de lacunas da banda de Valência de outro átomo. Ocorrendo a recombinação, a lacuna não se desloca mais para lugar algum, ela desaparece, mas o desprendimento de energia térmica do semicondutor evita o preenchimento de todas as lacunas. TEORIA ATÔMICA DA MATÉRIA 11

8 1.5.7 Dopagem Para se dopar um semicondutor INTRÍNSECO (cristal puro), é necessário injetarmos uma certa quantidade de impureza ou de contaminação, feito a dopagem o semicondutor passa a ser EXTRÍNSECO. O semicondutor extrínseco pode ser classificado como sendo do tipo P ou N Tipos de Impureza a) DOADORA : Os seus átomos são pentavalentes ( 5 elétrons na camada de valência). São impurezas que dispõem de cinco elétrons na ultima camada, sendo assim quando misturado (dopado) com elementos semicondutores, que tem quatro elétrons na ultima camada, cria-se um estrutura cristalina feita de ligações covalentes com um elétron livre da rede para ser doado. Isto ocorre devido á característica negativa da estrutura iônica da impureza. ELEMENTO SÍMBOLO N O ATÔMICO K L M N O FÓSFORO P ARSÊNIO As ANTIMÔNIO Sb b) ACEITADORA: Os seus átomos são trivalentes ( 3 elétrons na camada de valência). São impurezas que dispõem de três elétrons na ultima camada, sendo assim quando misturado (dopado) com elementos semicondutores, que tem quatro elétrons na ultima camada, cria-se um estrutura cristalina feita de ligações covalentes com um elétron ausente da rede, neste caso a estrutura está pronta para aceitar um elétron de outro átomo. Isto ocorre devido á característica positiva da estrutura iônica da impureza. ELEMENTO SÍMBOLO N O ATÔMICO K L M N O BORO B GÁLIO Ga ÍNDIO In Semicondutor Tipo N É um semicondutor puro (Si) ou (Ge), dopado com um material pentavalente (Fósforo» impureza doadora).ao aplicarmos uma tensão a um semicondutor tipo N, os elétrons livres (portadores majoritários) fornecidos pelos átomos doadores, vão fluir em direção ao terminal positivo da fonte. Entretanto, além desses, mais alguns elétrons vão se dirigir também ao terminal positivo; esses elétrons adicionais são produzidos pela quebra de ligações covalentes; dando origem a pares de elétrons-lacuna. As lacunas dirigem-se para o terminal negativo Semicondutor Tipo P É um semicondutor puro (Si) ou (Ge), dopado com um material trivalente ( Boro» impureza receptora). Ao aplicarmos uma tensão em um semicondutor tipo P, as lacunas (portadores majoritários), fornecidas pelos átomos receptores se movem em direção ao terminal negativo da fonte. Além das lacunas fornecidas pelos átomos receptores, muitas outras podem ser encontradas no semicondutor tipo P. Essas lacunas são produzidas pela quebra das ligações covalentes, dando origem a pares de elétron-lacuna; onde as lacunas são atraídas pelo terminal P e os elétrons pelo terminal N da fonte. TEORIA ATÔMICA DA MATÉRIA 12

9 Junção PN É um cristal, ao qual, por meio de um processo tecnológico, são adicionados, de um lado impurezas do tipo P, e de outro lado, impurezas tipo N; a este processo denomina-se junção (união de duas regiões). Um cristal PN é comumente conhecido como DIODO Junção PNP É um cristal puro, ao qual, por meio de um processo tecnológico, são adicionadas impurezas doadoras e receptoras, ficando o cristal dividido em três partes ou regiões, cada uma devidamente dopadas, sendo que, a junção PNP é formada por duas regiões P separadas por uma região N e a junção NPN formada por duas regiões N separadas por uma região P. Um cristal com duas junções, é comumente conhecido como TRANSISTOR. P N P N P N TABELA DE ELEMENTOS QUÍMICOS Representamos na tabela abaixo, alguns elementos químicos de maior aplicação na eletrônica e suas respectivas distribuições iônicas. CAMADAS NOME K L M N O P Q Nº MAX.ELÉTR ELEMENTOS DISTRIBUIÇÃO OURO Au Condutor PRATA Ag Condutor COBRE Cu Condutor FERRO Fe Condutor Alumínio Al Condutor CARBONO C semicondutor SÍLICIO Si semicondutor GERMÂNIO Ge semicondutor CLORO Cl isolante ENXOFRE S isolante FÓSFORO P isolante TEORIA ATÔMICA DA MATÉRIA 13

10 1.7 EXERCÍCIOS TEÓRICOS CAP. I 1) Corresponde á definição de matéria, exceto: ( ) È tudo que tem massa e que ocupa lugar no espaço; ( ) Matéria é aquilo que não tem massa, mas ocupa lugar no espaço; ( ) É qualquer coisa que possui massa, ocupa espaço e está sujeita a inércia; ( ) A matéria é aquilo que existe, aquilo que forma as coisas e que pode ser observado como tal. 2) Em que ano foi promovida e como se define a teoria de Dalton? ( ) 1911, qualquer matéria é formada por átomos indivisíveis; ( ) 1803, ficou provado que o átomo é divisível; ( ) 1911, o átomo é formado por partículas ainda menores, como prótons e elétrons; ( ) 1803, qualquer matéria é formada por átomos indivisíveis. 3) Dê a origem e o significado da palavra átomo. ( ) Australiana, a não e tomo divisão; ( ) Grega, divisível; ( ) Grega, a não e tomo divisão; ( ) Portuguesa, não divisível. 4) O que ficou provado com as experiências de Rutherford e em que ano ocorreu? ( ) Que o átomo é divisível, em 1911; ( ) Que o átomo é indivisível, em 1803; ( ) Que o átomo é indivisível, em 1911; ( ) Que o átomo é divisível, ) O que são substâncias simples e compostas? Dê respectivamente um exemplo de cada substância.. ( ) Substâncias que possuem suas moléculas com átomos iguais e Substâncias que possuem suas moléculas com átomos diferentes, são exemplos hidrogênio e oxigênio; ( ) Substâncias que possuem suas moléculas com átomos indiferentes e Substâncias que possuem suas moléculas com átomos iguais, são exemplos hidrogênio e água; ( ) Substâncias que possuem suas moléculas com átomos iguais e Substâncias que possuem suas moléculas com átomos diferentes, são exemplos oxigênio e gás carbônico; ( ) Substâncias que possuem suas moléculas com átomos diferentes e Substâncias que possuem suas moléculas com átomos iguais, são exemplos gás carbônico e oxigênio. 6) Corresponde a uma definição de elemento químico, exceto: ( ) São todos os átomos que possuem o mesmo número atômico, ou seja, o mesmo número de prótons; ( ) É a combinação de elétrons, prótons e nêutrons, para constituir uma molécula; ( ) Um elemento químico é qualquer substância que não pode ser decomposta em outras substâncias mais simples através de processos químicos ordinários; ( ) É a combinação de elétrons, prótons e nêutrons, para constituir um átomo. 7) Corresponde ao significado de número atômico de um elemento, exceto: ( ) É um termo usado na física e na química para designar o número de elétrons encontrados no núcleo de um átomo; ( ) O número atômico de um elemento é igual ao número de protões que os átomos desse elemento contêm no núcleo; ( ) O número atômico define o número de prótons do núcleo de um átomo e é representado pelo símbolo Z ; ( ) É um termo usado na física e na química para designar o número de prótons encontrados no núcleo de um átomo. 8) Corresponde aos valores da massa, diâmetro e carga de um elétron. ( ) 9,11 x g, 56 x cm e -1,6 x C; ( ) 9,11 x g, 56 x mm e -1,6 x C; ( ) 9,11 x g, 56 x cm e -1,6 x C; ( ) 9,11 x g, 56 x mm e -1,6 x C. 9) Quais são os valores da massa, diâmetro e carga de um próton? ( ) 1,6 x g, 18 x mm e +1,6 x C; ( ) 1,6 x g, 18 x cm e 1,6 x C; ( ) 1,6 x g, 18 x mm e +1,6 x C; ( ) 1,6 x g, 18 x mm e -1,6 x C; 10) O que é camada energética de um átomo e qual é o número máximo de camadas energéticas permitidas num elemento? ( ) É um espaço de tamanho reduzido em forma orbital do núcleo, contido de elétrons e com um potencial inato para realizar uma ação. Um elemento pode ter até 8 camadas energéticas; ( ) É um espaço de tamanho reduzido em forma orbital do próton, contido de elétrons e com um potencial inato para realizar uma ação. Um elemento pode ter até 7 camadas energéticas; ( ) É um espaço de tamanho reduzido em forma orbital do núcleo, contido de elétrons e com um potencial inato para realizar uma ação. Um elemento pode ter até 7 camadas energéticas; ( ) É um espaço de tamanho reduzido em forma orbital do núcleo, contido de prótons e com um potencial inato para realizar uma ação. Um elemento pode ter até 7 camadas energéticas; TEORIA ATÔMICA DA MATÉRIA 14

11 11) São corretas as afirmativas sobre camada de valência, exceto: ( ) É a camada energética de um átomo, que, dispõem de maior quantidade de elétrons livres; ( ) Pertence às camadas energéticas de um átomo; ( ) É a camada energética mais distante do núcleo de um átomo; ( ) É a ultima camada energética de um átomo. 12) Corresponde á regra de distribuição das camadas energéticas e tem como classificação os elementos Alumínio (Al), Chumbo (Pb), Bismuto (Bi). ( ) (isolante), (semicondutor), (condutor); ( ) (semicondutor), (condutor), (isolante); ( ) (condutor), (semicondutor), (isolante); ( ) (condutor), (semicondutor), (isolante); 13) São corretas as definições, exceto: ( ) Os materiais isolantes são aqueles que, possui pouco ou nenhuma quantidade de elétrons livres e necessita de uma quantidade de energia maior que 0,5 ev para promover um elétron da banda de valência para a banda de condução, sendo assim, para conduzir corrente elétrica é necessário vencer a barreira existente entre a banda de valência e banda de condução; ( ) Os materiais condutores são aqueles que, possuem grande quantidade de elétrons livres, sendo assim, para conduzir uma corrente elétrica, basta uma pequena diferença de potencial aplicado nos terminais do material; ( ) Os materiais isolantes são aqueles que, possui pouco ou nenhuma quantidade de elétrons livres e necessita de uma quantidade de energia maior que 1,1 ev para transmitir um elétron da banda de valência para a banda de condução, sendo assim, para conduzir corrente elétrica é necessário vencer a barreira existente entre a banda de valência e banda de condução; ( ) Os materiais condutores são aqueles que, possuem sua banda de valência totalmente preenchida e sua banda de condução com grande quantidade de elétrons livres, sendo assim, para conduzir uma corrente elétrica, basta uma pequena diferença de potencial nos terminais do material; 14) São corretas às propriedades do isolante elétrico, exceto: ( ) Boas propriedades mecânicas, não perdem sua forma com facilidade, não queimam com facilidade e não são higroscópicos; ( ) Não absorve umidade, elevada estabilidade térmica, boa elasticidade e não comburentes; ( ) Boa estabilidade térmica, médio comburentes, dureza do material e não absorve umidade; ( ) Não comburentes, dureza do material, elevada estabilidade térmica e não absorve água. 15) A resistência elétrica de um material condutor aumenta, toda vez que a temperatura do corpo condutor aumenta; são corretas as alternativas, exceto: ( ) Com o aumento da temperatura, os átomo vibram mais vigorosamente e assim aumentam a resistência à passagem dos elétrons; ( ) Por que ocorre um aumento dos elétrons de valência e quanto maior o número de elétrons de valência, maior a dificuldade de se obter portadores de carga (elétrons livres) e portanto maior a resistência (menor a condução de corrente); ( ) Por que um número maior de elétrons livres do material escapa de seus átomos e passam a fazer parte da nuvem eletrônica. Com esse aumento de elétrons livres, a corrente torna-se menos intensa, o que equivale a um aumento na resistência elétrica. ( ) Por que as partículas do meio condutor vibram mais intensamente e, portanto, aumentam os choques com as partículas que constituem a corrente elétrica; conseqüentemente, aumenta a resistência à passagem da corrente; 16) O que é um cristal semicondutor intrínseco? ( ) É um semicondutor impuro; ( ) É um semicondutor contido de impurezas doadoras; ( ) É um semicondutor contido de impurezas receptoras; ( ) É um semicondutor puro; 17) Qual é a classificação de um material semicondutor, quanto á variação de temperatura ( 273,15ºC ), ( 273,15ºC e 150ºC ) e ( 150ºC ). ( ) Condutor, semicondutor e isolante; ( ) Semicondutor, condutor e isolante; ( ) Isolante, semicondutor e condutor; ( ) Semicondutor, isolante e condutor. 18) O que é um elemento ionizado? ( ) É um elemento que ganhou um elétron em sua estrutura atômica; ( ) É um elemento que ganhou uma lacuna em sua estrutura atômica; ( ) É um elemento que ganhou um elétron ou perdeu uma lacuna em sua estrutura atômica; ( ) É um elemento que tem sua camada periférica completa. 19) São corretas as definições de uma rede cristalina, exceto: ( ) É uma união de vários átomos semicondutores, cuja forma no espaço é de um cubo com um átomo em cada vértice; ( ) Conjunto de propriedades que resultam da forma como estão espacialmente ordenados os átomos ou moléculas que o constituem; ( ) É um conjunto de pontos geometricamente distribuídos no espaço, os quais representam a posição de equilíbrio dos átomos constituintes da matéria no seu estado sólido; ( ) É um conjunto de propriedades geométricas, formando uma estrutura ordenada de átomos e moléculas no espaço. TEORIA ATÔMICA DA MATÉRIA 15

12 20) São corretas as afirmativas, que, define uma ligação covalente, exceto: ( ) É uma ligação caracterizada pelo compartilhamento de um ou mais pares de elétrons entre átomos, causando uma atração mútua entre eles, que mantêm a molécula resultante unida; ( ) É um tipo de ligação que ocorre sempre entre átomos ametálicos, pois eles são muito eletronegativos e quase nunca doam seus elétrons. ( ) É uma ligação que ocorre quando um par de elétrons é compartilhado por dois átomos; ( ) É um tipo de ligação que ocorre sempre entre átomos metálicos, pois eles são muito eletro positivos e quase nunca doam seus elétrons. 21) Corresponde aos dois elementos semicondutores mais utilizados na confecção de componentes eletrônicos e um deles tem maior aplicação. ( ) Germânio e Carbono, o mais aplicado é o germânio; ( ) Germânio e silício, o mais aplicado é o silício; ( ) Silício e chumbo, o mais aplicado é o silício; ( ) Estanho e germânio, o mais aplicado é o germânio; 22) O elemento semicondutor de silício, tem maior aplicação na confecção de componentes eletrônicos que o elemento de germânio. São corretas as afirmativas, exceto: ( ) É porque o silício tem número atômico 14 e o germânio 32, sendo assim a camada de valência do silício tem os seus elétrons submetidos a uma força nuclear maior que os elétrons da camada de valência do germânio; ( ) É porque e o germânio tem número atômico 32 e o silício 14, sendo assim os elétrons de valência do germânio é submetido a uma menor força nuclear, possibilitando assim uma maior corrente de fuga no semicondutor; ( ) É porque o germânio tem número atômico 32 e o silício 14, sendo assim a camada de valência do silício tem os seus elétrons submetidos a uma força nuclear menor que os elétrons da camada de valência do germânio; ( ) É porque o silício tem número atômico 14 e o germânio 32, sendo assim os elétrons de valência do sílicio é submetido a uma maior força nuclear; possibilitando assim uma menor corrente de fuga no semicondutor; 23) Quanto ao fluxo de corrente nos materiais condutores e semicondutores, são corretas as afirmativas, exceto: ( ) O semicondutor oferece dois trajetos para a corrente elétrica, um através da banda de condução (elétrons) e outro através da banda de valência (lacunas); enquanto os materiais condutores oferecem apenas um trajeto para a corrente elétrica, que é através dos elétrons da camada de valência, que resulta na banda de valência ou banda de condução. ( ) O semicondutor oferece dois trajetos para a corrente elétrica, um através da banda de condução (elétrons) e outro através da banda de valência (lacunas); enquanto os materiais condutores oferecem apenas um trajeto para a corrente elétrica, que é através dos elétrons da camada de valência; ( ) O semicondutor oferece dois trajetos para a corrente elétrica, enquanto os materiais condutores oferecem apenas um trajeto para a corrente elétrica; ( ) O semicondutor oferece dois trajetos para a corrente elétrica, um através da banda de condução (lacunas) e outro através da banda de valência (elétrons); enquanto os materiais condutores oferecem apenas um trajeto para a corrente elétrica, que é através dos elétrons da camada de valência; 24) O que significa recombinação num elemento semicondutor? ( ) É quando um elétron livre encontra e ocupa uma lacuna da banda de valência, restabelecendo uma ligação na estrutura de seu próprio átomo; ( ) É quando um elétron livre encontra e ocupa uma lacuna, restabelecendo uma ligação covalente; ( ) É quando um elétron de valência encontra e ocupa uma lacuna, restabelecendo uma ligação covalente; ( ) É quando um elétron livre encontra e ocupa uma lacuna da banda de condução, restabelecendo uma ligação na estrutura de seu próprio átomo; 25) São corretas as afirmativas sobre dopagem de um semicondutor, exceto: ( ) Processo de adicionar-se a impureza a um cristal intrínseco; ( ) Introdução de elementos tetravalentes e/ou pentavalentes, no interior de um cristal semicondutor; ( ) É um processo de adicionar-se impurezas receptoras ou aceitadoras, no interior de um semicondutor extrínseco; ( ) A dopagem consiste no acréscimo de quantidades infinitesimais de um elemento em outro, geralmente o silício ou germânio; 26) São corretas as afirmativas sobre impurezas doadoras, exceto: ( ) São elementos que dispõem na camada de valência 5 elétrons; ( ) São elementos que dispõem na camada periférica 5 elétrons; ( ) São elementos que dispõem na ultima camada 5 elétrons; ( ) São elementos que dispõem na banda de condução 5 elétrons. 27) São corretas as afirmativas sobre impurezas receptoras, exceto: ( ) São átomos trivalentes que dispõem de um elétron na órbita de valência, quando dopados com elementos tetravalentes; ( ) São elementos que dispõem na camada periférica 3 elétrons; ( ) São elementos que dispõem na ultima camada 3 elétrons; ( ) São átomos trivalentes que dispõem de uma lacuna na órbita de valência, quando dopados com elementos tetravalentes; 28) O que é um semicondutor tipo P e tipo N? ( ) São os semicondutores extrínsecos, que, recebem impurezas trivalentes e impurezas pentavalentes; ( ) São os semicondutores intrínsecos, que, recebem impurezas pentavalentes e impurezas trivalentes; ( ) São os semicondutores intrínsecos, que, recebem impurezas doadoras e impurezas aceitadoras; ( ) São os semicondutores intrínsecos, que, recebem impurezas trivalentes e impurezas pentavalentes; TEORIA ATÔMICA DA MATÉRIA 16

13 29) Num semicondutor tipo P e tipo N, quem são os portadores majoritários e minoritários, e em que banda estão localizados, respectivamente? ( ) P maj. Elétrons banda de valência e min. Lacunas banda de condução, N maj. Lacunas banda de condução e min. Elétrons banda de valência; ( ) P maj. Lacunas banda de valência e min. Elétrons banda de condução, N maj. elétrons banda de condução e min. Lacunas banda de valência; ( ) P maj. Lacunas banda de condução e min. Elétrons banda de valência, N maj. elétrons banda de valência e min. Lacunas banda de condução; ( ) P maj. Prótons banda de valência e min. Nêutrons banda de condução, N maj. Prótons banda de condução e min. Nêutrons banda de valência; 30) Para uma junção PN, são corretas as afirmativas, exceto: ( ) È um cristal adicionado de um lado impurezas pentavalentes e de outro lado impurezas trivalentes, a esta junção de duas regiões é comumente conhecido como diodo trivial; ( ) È um cristal adicionado de um lado impurezas doadoras e de outro lado impurezas aceitadoras, a esta junção de duas regiões é comumente conhecido como diodo zener; ( ) È um cristal adicionado de um lado impurezas tipo N e de outro lado impurezas tipo P, a esta junção de duas regiões é comumente conhecido como diodo de junção; ( ) È um cristal adicionado de um lado impurezas pentavalentes e de outro lado impurezas tetravalentes, a esta junção de duas regiões é comumente conhecido como diodo LED; 31) Um elemento semicondutor, tem em sua camada energética P elétrons de valências. Determinar o nome e o número atômico do elemento? ( ) Germânio ( Ge ) 32 ( ) Chumbo ( Pb ) - 82 ( ) Silício ( Si ) 14 ( ) Estanho ( Sn ) 50 32) Um elemento químico é definido como pentavalente na camada energética L. Determinar o nome e o número atômico do elemento? ( ) Fósforo ( P ) 15 ( ) Arsênio ( As ) 33 ( ) Nitrogênio ( N ) 7 ( ) Oxigênio ( O ) 8 33) Determinar o tipo do material semicondutor, sabendo que, para movimentar um elétron da banda de valência para a banda de condução foi necessário 1,76 x joules. ( ) Germânio; ( ) Estanho; ( ) Chumbo; ( ) Silício. 34) Um elemento químico é definido como impureza receptora no processo de dopagem de semicondutores, apresentando seus elétrons de valência na camada energética N. Qual o nome e o número atômico do elemento? ( ) Estanho (Sn) 50; ( ) Alumínio (Al) 13; ( ) Bismuto (Bi) 83; ( ) Gálio (Ga) ) Um elemento químico é definido como impureza doadora no processo de dopagem de semicondutores, apresentando seus elétrons de valência na camada energética N. Qual o nome e o número atômico do elemento? ( ) Silício (Si) 14; ( ) Arsênio (As) 33; ( ) Fósforo (P) 15; ( ) Alumínio (Al) ) Um elemento químico que não é definido como impureza no processo de dopagem de semicondutores, apresenta oito elétrons de valência na camada energética M. Qual o nome e o número atômico do elemento? ( ) Cobre (Cu) 29; ( ) Argônio (18) 18; ( ) Neônio ( Ne) 10; ( ) Germânio (Ge) 32 37) Classifique em ordem decrescente os melhores condutores de energia elétrica, quanto à sua característica química. ( ) Cobre Prata Ouro Ferro e Alumínio; ( ) Prata Ouro Cobre Alumínio e Ferro; ( ) Ouro Prata Cobre Alumínio e Ferro; ( ) Ouro Prata Cobre Ferro e Alumínio; TEORIA ATÔMICA DA MATÉRIA 17

14 1.8 EXERCÍCIOS CÁLCULOS CAP. I 1) Um elemento semicondutor, tem em sua camada energética P elétrons de valências. Determinar o nome e o número atômico do elemento? 2) Um elemento químico é definido como pentavalente na camada energética L. Determinar o nome e o número atômico do elemento? 3) Um elemento tem em suas camadas energéticas um massa de elétrons de 4,555 x gramas. Determinar o nome e o número atômico do elemento? 4) Um condutor de energia de alumínio, apresenta em sua curva característica inicial uma resistência de 4,556 à 26º. Determinar sua resistência a uma temperatura final de 44º? 5) A reta tangente a dois pontos da curva característica de um material, apresenta uma declividade de 0,65º. Determinar o valor da resistência inicial, sabendo que a resistência no término de uma variação de temperatura de 23º, foi de 7,32? 6) Um material condutor apresentou uma variação de resistência de 1,22, para uma variação de temperatura de 42.Determinar o angulo de declividade da reta tangente formado pelo material? 7) Um condutor de energia de cobre, apresenta em sua curva característica final uma resistência de 12,346 à 62º. Determinar sua resistência a uma temperatura inicial de 25º? 8) Qual é a variação de temperatura necessária, para fazer um condutor de prata que apresenta uma resistência de 0,32 atingir uma resistência final de 0,39? 9) Determinar a quantidade de energia em joules, existente na camada periférica do arsênio? 10) Um elemento tem em sua camada de valência uma energia de 4,8 x joules, determinar o nome e o número atômico do elemento, sabendo que esta energia esta localizada na camada energética N? 11) Circula por um material condutor 2A, num intervalo de tempo de 20 segundos. Qual é a quantidade de cargas elétricas (coulomb) que circula pelo material? 12) Sabendo que circula pelo filamento de uma lâmpada incandescente 1,2A em 15 minutos, determinar a quantidade de elétrons que circulou pelo filamento? 13) Um semicondutor apresenta em seu corpo uma temperatura de 28ºC, determinar a temperatura em graus Kelvin, que o mesmo esta operando? 14) Circula por um material semicondutor 1 coulomb, no intervalo de 10 segundos. Determinar a intensidade de corrente em ampéres, que circula pelo material? 15) Um Waffers de germânio, dissipa uma energia térmica de 8 x joules. Determinar sua energia gasta em ev? 16) Para o gráfico representado abaixo, determinar o tipo de material condutor. 17) Determinar a quantidade de energia em joules, existente na camada periférica do arsênio? 18) Circula por um material condutor 2A, num intervalo de tempo de 20 segundos. Qual é a quantidade de cargas elétricas (coulomb) que circula pelo material? 19) Circula por uma lâmpada incandescente 2 A, ligada em 130V. Determinar a potencia elétrica de consumo da lâmpada? 20) Determinar a corrente que circula por uma carga de 60 Coulomb, num intervalo de tempo de 2 minutos. TEORIA ATÔMICA DA MATÉRIA 18