8. Que es: a) material conductor, b) material semiconductor, c) material aislante. R//: MATERIAL
DEFII!I"
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Un conducto conductorr eléctrico eléctrico es un material material que ofrece ofrece poca resistencia resistencia al movimient movimiento o de la carga eléctrica. Sus átomos se caracterizan por tener pocos electrones en su capa capa de valen valencia cia,, por lo que no se nece necesi sita ta much muchaa ener energí gíaa para para que que esto estoss salten de un átomo a otro.
%EMI!#D$!T# R
Es un elem elemen ento to que que se comp compor orta ta como como un conductor o conductor o como un aislante dependiendo de diversos fact facto ores, res, como como por por ejem ejempl plo o el camp campo o eléc eléctr tric ico o o magn magnét étic ico, o, la pres presió ión, n, la radiación que le incide, o la temperatura del ami amien ente te en el que que se encu encuen entr tre. e. Este Este comportamiento oedece a la conformación de las andas de energía en la órita de valencia de los átomos de cada elemento .
AI%LATE
Un aislan aislante te eléctr eléctrico ico es un materi material al con escasa capacidad de conducción de la electricidad, electricidad, utilizado para separar conductores eléctricos evitando un cortocircuito ! para para manten mantener er alejad alejadas as del del usua usuari rio o dete determ rmin inad adas as part partes es de los los sistemas eléctricos que de tocarse accidental accidentalmente mente cuando se encuentra encuentran n en tensión pueden producir una descarga. "os más más frec frecue uent ntem emen ente te util utiliz izad ados os son son los los materiales plásticos materiales plásticos ! las cerámicas. "as piezas empleadas en torres de alta tensión empleadas para sostener o sujetar los cales eléctricos sin que éstos entren en contacto con la estructura metálica de las torres se denominan aislantes. aislantes.
ANEXO
&. E'(liue la *ormaci+n de las bandas de ener-a en: a) los conductores, b) los aislantes c) los semiconductores. R//: a) En !onductores:
#e acuerdo con la teoría de andas, son aquellos materiales cu!as andas de valencia ! de conducción, se encuentran mu! pró$imas entre sí, al grado de que, en algunos casos, estas andas se encuentran sorepuestas. "os electrones de valencia en un átomo, son los que se encuentran en el nivel energético más e$terno ! ellos permiten los enlaces entre los átomos en los compuestos o entre átomos del mismo tipo en una molécula o un cristal. %or su parte, los electrones de conducción son los que se han promovido a niveles energéticos vacíos, lo que da lugar a su ma!or movilidad !, eventualmente, da origen a las corrientes eléctricas.
Se oserva el caso del metal litio &"i', un uen conductor metálico. %rimero se ven los estados disponiles en un átomo aislado( luego, cuando tenemos ) átomos aislados, los estados disponiles, por tanto, se ven multiplicadas por ), pero los niveles energéticos permanecen ásicamente idénticos. *uando los ) átomos se encuentran mu! cercanos entre sí, como en el caso de una red cristalina en un sólido, la capacidad electrónica no solo se ve multiplicada por ), sino que los estados disponiles no son más coincidentes con los estados energéticos de los ) átomos aislados, pues se e$panden para formar andas de energía. "as regiones entre las andas energéticas disponiles son zonas que no pueden ser ocupadas por los electrones. #esde luego, en el átomo de litio, el orital +s se encuentra ocupado por electrones, el s está parcialmente ocupado &+ electrón' ! los p se hallan vacíos. %or tanto, en el "i, la anda s constitu!e la anda de valencia( la anda p es la anda de conducción. En general, en los metales conductores, la anda de valencia ! la anda de conducción se encuentra prácticamente juntas. "a conductividad en algunos metales, como el sodio, constitu!e un caso mu! especial, pues la anda de valencia, se encuentra sorepuesta con la anda ad!acente vacía, lo que hace al sodio un metal altamente conductor.
b) En Aislantes: "os aislantes son materiales con una resistencia tan alta, que no es posile la conducción eléctrica a través de ellos. Un caso e$tremo, de este tipo de materiales, es el diamante.
En el diamante, deido a su particular estructura cristalina, e$iste una arrera de energía de - e entre la anda de energía más aja p &llena con ) electrones' ! los restantes estados disponiles p &/) estados posiles', por lo cual no se puede promover electrones de la anda de valencia hacia la anda de conducción. %ara este aislante no es posile ganar energía por asorción de fotones &con energías menores a - e'. %or el contrario, en los materiales conductores, los electrones de valencia pueden ser promovidos fácilmente hacia la anda de conducción por incidencia fotónica, !a que ha! un continuo de estados disponiles inmediatamente arria de la anda de valencia. %or esta razón, los materiales conductores son opacos a la luz visile( el diamante es, en especial, totalmente transparente a la luz visile.
c) En %emiconductores: "os semiconductores se encuentran situados, por lo que hace a su resistencia, entre los conductores ! los aislantes, !a que a temperaturas mu! ajas difícilmente conducen la corriente eléctrica ! más ien se comportan como aislantes, pero, al elevar su temperatura o al ser sometidos a un campo eléctrico e$terno, su comportamiento camia al de los conductores. Estos semiconductores son conocidos como intrínsecos !, en ellos, las andas de conducción ! valencia se encuentran separadas por una arrera de energía &anda prohiida' más peque0a &comparada con la del diamante', de apro$imadamente + e &+.+ e para el Si ! 1.2 e para el 3e'.
En este tipo de materiales, cuando se transfiere un electrón de la anda de valencia a la anda de conducción, se crea un 4hueco5 que act6a como un 7transportador7 de carga positiva, fenómeno que eventualmente puede crear una 4corriente positiva5.
0. E'(liue ue es un enlace co1alente. R//: Un enlace covalente entre dos átomos se produce cuando estos átomos se unen, para alcanzar el octeto estale, compartiendo electrones del 6ltimo nivel. "a diferencia de electronegatividad entre los átomos no es lo suficientemente grande como para que se produzca una unión de tipo iónica. %ara que un enlace covalente se genere es necesario que la diferencia de electronegatividad entre átomos sea menor a +,2. #e esta forma, los dos átomos comparten uno o más pares electrónicos en un nuevo tipo de orital, denominado orital molecular. "os enlaces covalentes se producen entre átomos de un mismo elemento no metal, entre distintos no metales ! entre un no metal ! el hidrógeno. *uando átomos distintos de no metales se unen en una forma covalente, uno de ellos resultará más electronegativo que el otro, por lo que tenderá a atraer la nue electrónica del enlace hacia su n6cleo, generando un dipolo eléctrico.8 Esta polarización permite que las moléculas del mismo compuesto se atraigan entre sí por fuerzas electrostáticas de distinta intensidad. %or el contrario, cuando átomos de un mismo elemento no metálico se unen covalentemente, su diferencia de electronegatividad es cero ! no se crean dipolos. "as moléculas entre sí poseen prácticamente una atracción nula. En síntesis, en un enlace iónico, se produce la transferencia de electrones de un átomo a otro ! en el enlace covalente, los electrones de enlace son compartidos por amos átomos. En el enlace covalente, los dos átomos no metálicos comparten uno o más electrones, es decir, se unen a través de sus electrones en el 6ltimo orital, el cual depende del n6mero atómico en cuestión. Entre los dos átomos pueden compartirse uno, dos o tres pares de electrones, lo cual dará lugar a la formación de un enlace simple, dole o triple respectivamente.
. A ue llamamos a) material intr-nseco, b) material e'tr-nseco. R//: a) Material Intr-nseco:
Es un semiconductor puro. 9 temperatura amiente se comporta como un aislante porque solo tiene unos pocos electrones lires ! huecos deidos a la energía térmica. En un semiconductor intrínseco tamién ha! flujos de electrones ! huecos, aunque la corriente total resultante sea cero. Esto se dee a que por acción de la energía térmica se producen
los electrones lires ! los huecos por pares, por lo tanto, ha! tantos electrones lires como huecos con lo que la corriente total es cero.
b) Material E'tr-nseco: Son los semiconductores que están dopados, esto es que tienen impurezas. :a! tipos dependiendo de que tipo de impurezas tengan;
%emiconductor ti(o n Es el que está impurificado con impurezas 7#onadoras7, que son impurezas pentavalentes. *omo los electrones superan a los huecos en un semiconductor tipo n, recien el nomre de 7portadores ma!oritarios7, mientras que a los huecos se les denomina 7portadores minoritarios7. 9l aplicar una tensión al semiconductor de la figura, los electrones lires dentro del semiconductor se mueven hacia la izquierda ! los huecos lo hacen hacia la derecha. *uando un hueco llega al e$tremo derecho del cristal, uno de los electrones del circuito e$terno entra al semiconductor ! se recomina con el hueco. "os electrones lires de la figura circulan hacia el e$tremo izquierdo del cristal, donde entran al conductor ! flu!en hacia el positivo de la atería.
%emiconductor ti(o ( Es el que está impurificado con impurezas 79ceptoras7, que son impurezas trivalentes. *omo el n6mero de huecos supera el n6mero de electrones lires, los huecos son los portadores ma!oritarios ! los electrones lires son los minoritarios. 9l aplicarse una tensión, los electrones lires se mueven hacia la izquierda ! los huecos lo hacen hacia la derecha. En la figura, los huecos que llegan al e$tremo derecho del cristal se recominan con los electrones lires del circuito e$terno.
2. E'(liue el (roceso de do(ado
R//:
Se denomina dopaje al proceso intencional de agregar impurezas en un semiconductor e$tremadamente puro &tamién referido como intrínseco' con el fin de camiar sus propiedades eléctricas. "as impurezas utilizadas dependen del tipo de semiconductores a dopar. 9 los semiconductores con dopajes ligeros ! moderados se los conoce como e$trínsecos. Un semiconductor altamente dopado, que act6a más como un conductor que como un semiconductor, es llamado degenerado. El n6mero de átomos dopantes necesitados para crear una diferencia en las capacidades conductoras de un semiconductor es mu! peque0o. *uando se agregan un peque0o n6mero de átomos dopantes &en el orden de + cada +11 111 111 de átomos' entonces se dice que el dopaje es ajo o ligero. *uando se agregan muchos más átomos &en el orden de + cada +1 111 átomos' entonces se dice que el dopaje es alto o pesado. Este dopaje pesado se representa con la nomenclatura )< para material de tipo ), o %< para material de tipo %.
3. !u4les son los elementos semiconductores m4s utili5ados (oru6. R//: E$isten dos elementos de la tala periódica cu!o comportamiento como materiales semiconductores es e$celente ! esto se dee a que su valencia cuatro que permite un enlace covalente creando una red cristalina. Estos son; El Silicio &Si' ! el 3ermanio &3e' estos son materiales puros ! se denominan materiales intrínsecos. =tros compuestos mu! utilizados en la faricación de los dispositivos electrónicos son; 9rsienuro de 3alio>>> &3a9s' Sulfato de *admio >>>. &*dS' )itruro de 3alio >>>>. &3a)' ?osfuro de 3alio ! 9rsénico &3a9s%'
