ESTADO SÓLIDO Enfoque: Propriedades Elétricas (cap. 42 –Fundamentos de Física – vol. 4 – 6ª. Ed.) Condutividade Semicondutores Metais Revisão: Moléculas.

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1 ESTADO SÓLIDO Enfoque: Propriedades Elétricas (cap. 42 –Fundamentos de Física – vol. 4 – 6ª. Ed.) Condutividade Semicondutores Metais Revisão: Moléculas Ligações Moleculares Sistemas Cristalinos

2 Moléculas Menor constituinte de uma substância que retém as propriedades químicas desta substância – sistemas de 2 ou mais átomos – O2, N2, NaCl, etc. Mecânica Quântica consegue explicar: Estrutura das moléculas Complexidade dos espectros

3 Exemplo: Molécula de H2-
os elétrons dos dois átomos de hidrogênio são compartilhados pelos dois núcleos H. os dois elétrons não distinguem um núcleo do outro. a molécula é formada por dois núcleos ligados entre eles pelo intermediário de dois elétrons. função de onda dos dois elétrons será superposta

4 Ligações Moleculares Ligações Iônicas Ligações Covalentes
Ligação Metálica

5 Sistemas Cristalinos Estruturas cristalinas

6 Formas Alotrópicas do Carbono
Alotropia: um mesmo elemento químico é capaz de formar várias substâncias simples com características e propriedades diferentes São conhecidas quatro formas alotrópicas do carbono, além da amorfa: grafite, diamante, fulerenos e nanotubos. A forma amorfa é a forma presente na maioria dos carvões e na fuligem.

7 Grafite substância lamelar, preta e macia.
alfa (hexagonal) beta (romboédrica) substância lamelar, preta e macia. cada C está unido a outros três em um plano composto de células hexagonais; neste estado, 3 elétrons se encontram em orbitais híbridos planos sp² e o quarto em um orbital p. duas formas de grafite conhecidas, alfa (hexagonal) e beta (romboédrica) bom condutor de calor e eletricidade ao longo das camadas diferentes camadas, separadas por átomos intercalados, se encontram unidas por forças de Van de Waals: camadas deslizem umas sobre as outras: fragilidade, lubrificante sólido.

8 Diamante substância mais dura da natureza: risca qualquer outra substância; dureza do diamante resulta da sua estrutura cristalina onde cada C está ligado covalentemente a quatro outros, situados nos vértices de um tetraedro: ligações sp3; quimicamente inerte, ótimo isolante elétrico; pode ser transformado em semicondutor; pequeno coeficiente de atrito e alta condutividade térmica; baixa tenacidade: sob pressão ou impacto, se quebra com facilidade; diamante

9 Fulerenos descobertos em 1985, Prof. Curl, Kroto, Smalley ganharam prêmio Nobel em 1996 pela sua descoberta; C60 - formam uma estrutura oca com 60 átomos de carbono, lembrando uma bola de futebol, constituída de 20 hexágonos e 12 pentágonos arranjados de modo que entre dois pentágonos não haja uma aresta comum; o C60 foi denominado "buckministerfullerene" em homenagem ao arquiteto R. Buckminister Fuller que inventou a estrutura do dômus geodésico, devido à semelhança entre as estruturas do dômus e da molécula de C60; no estado sólido estas moléculas estão arranjadas numa estrutura cúbica de faces centradas, resultando num material macio com condutividade elétrica baixa; Propriedades ainda sendo investigadas.

10 Nanotubos descobertos em 1991 por S. Iijima;
a uma folha de grafite enrolada na forma de um cilindro, com diâmetro da ordem de 1 nm e comprimentos da ordem de micrômetros; a estrutura eletrônica de um nanotubo de carbono depende de como a folha de grafite é enrolada, ou seja, da quiralidade e do diâmetro do nanotubo. Desta forma, um nanotubo de carbono pode apresentar um carácter metálico ou semicondutor. estes materiais têm atraído um grande interesse devido às suas fantásticas propriedades eletrônicas e mecânicas. Já se demonstrou a possibilidade de usar arranjos de nanotubos de carbono como dispositivos eletrônicos, e estes materiais têm sido apontados como possíveis sucessores do silício na nova era da nanoeletrônica. apresentam ainda extraordinárias propriedades mecânicas e térmicas. Possuem a maior resistência a ruptura sob tração conhecida, na ordem de 200 GPa, 100 vezes superior ao mais resistente aço com apenas 1/6 de sua densidade.

11 Transformação de material carbonáceo em diamante
em alta pressão (6 GPa  atm) e alta temperatura (1600 0C): usando grafite e um catalizador metálico, produção de cristais de diamante de tamanho de alguns micrômetros. em baixa pressão e alta temperatura: técnica de CVD (Chemical Vapor Deposition), usando uma mistura de gases (H2, O2, CH4), deposita-se em um substrato filme de diamante policristalino.