Descripción del átomo
Un átomo está compuesto por una serie de partículas. Estas partículas se localizan unas en el núcleo (protones y neutrones) otras en órbitas (electrones) que giran alrededor de éste. Los neutrones no tienen carga eléctrica y los protones la tienen positiva.
Por métodos normales es imposible arrancar o añadir al núcleo neutrones o protones.
Los electrones que giran alrededor del núcleo tienen carga negativa. Se distribuyen en órbitas cerradas y ligadas al núcleo con distinta energía cada una de ellas.
Cuando un electrón absorbe energía, salta de su órbita a otra superior más débilmente unida al núcleo que la primera, de forma que si absorbe la suficiente energía puede quedar desligado del átomo y, bajo la influencia de un campo eléctrico exterior, moverse dando lugar a una corriente eléctrica.
El número de electrones y de protones es el mismo, con lo que el átomo es eléctricamente neutro.
Si al comunicarle energía desprendemos un electrón, se dispondrá de una carga móvil negativa (la masa del electrón se considera despreciable, ya que es 1.800 veces menos pesado que el protón) y de una positiva fija formada por el átomo que ha perdido el electrón.
Las fuentes de energía para desprender los electrones del átomo son diversas: térmicas, luminosas, caloríficas...
El átomo se caracteriza por:
Indice de masa = número de protones más neutrones.
Número atómico = número de protones del núcleo.
Se denominan isótopos a los átomos con el mismo número atómico pero de masas diferentes.
Al desprenderse un electrón de un átomo, éste, que anteriormente era electricamente neutro, queda cargado, creándose un ión positivo, mientras que si admite un electrón se forma un ión negativo.
Un electrón se puede separar de un átomo con tanta más facilidad cuanto menos enlazado esté con su núcleo (al perder un electrón el segundo es más difícil).
Los números cuánticos sirven para limitar las características de los átomos; así, tenemos: n,1, m1, m3.
n nos dice el tamaño del átomo, pudiendo
valer: 1, 2, 3..., lo cual nos indica el nivel al que está el electrón.
El número máximo de electrones viene dado por la fórmula: 2n elevado a 2, siendo n el
número cuántico.
l nos dice cuál es la forma del orbital.
m1 es el número cuántico magnético.
m3 nos da idea del giro del electrón.
La cantidad de energía necesaria para arrancar a los electrones de sus órbitas correspondientes es diferente según la estructura del átomo de cada material.
Movimiento de electrones en los sólidos
Si se considera un átomo aislado, sus electrones tienen una energía perfectamente determinada según el nivel energético en que estén situados.
Si se considera ahora un cristal, se comprueba que estos niveles se desdoblan por estar los átomos unos junto a otros, de forma que la reunión de todos estos niveles de energía próximos forman lo que se llama banda de energía.
Conviene recordar que cada electrón tiene un nivel de energía concreto dado por la órbita que ocupa y distinto de los demás electrones.
La banda de energía agrupa los niveles de energía que ocupan las mismas órbitas en los distintos átomos que forman el cuerpo.
Entre banda y banda de energía existen unos espacios prohibidos.
Así pues, se diferencian dos tipos de electrones:
Electrón ligado: es aquel que por ocupar órbitas inferiores del átomo está muy ligado a éste y no se puede extraer.
Electrón libre: es el que ocupa las órbitas exteriores del átomo. Al estar menos ligado a éste, si se le suministra una energía mayor de la que le mantiene ligado al átomo, podrá escapar de éste pasando a niveles mayores de energía.
El gráfico de distribución de energía del material es de la forma:
Banda de valencia: es la que agrupa los niveles de energía de los electrones más alejados del núcleo.
Banda prohibida: es una serie de niveles energéticos tales que ningún electrón puede ocuparlos.
Banda de conducción: representa una serie de niveles de energía en los que un electrón situado en ellos puede considerarse libre y está en condiciones de moverse y dar lugar a una conducción eléctrica con otros que estén en sus mismas condiciones.
Si un material tiene un gráfico de energía como el representado, se comprueba que para que existan electrones en la banda de conducción, habrá que suministrar a los electrones de la banda de valencia una energía tal, que haga posible el que estos electrones pasen de la BV a la BC salvando la BP.
Según estas bandas, los materiales se clasifican, en función de sus características eléctricas, en: aislantes, semiconductores y conductores.
Conductores
Sus electrones libres tienen una gran energía y son compartidos por varios átomos (enlace covalente); su movimiento es aleatorio (sin dirección determinada). Si se le aplica un campo eléctrico exterior se puede dirigir el movimiento de estos electrones consiguiendo una corriente eléctrica.
Sus electrones libres tienen una gran energía y son compartidos por varios átomos (enlace covalente); su movimiento es aleatorio (sin dirección determinada). Si se le aplica un campo eléctrico exterior se puede dirigir el movimiento de estos electrones consiguiendo una corriente eléctrica.
Los metales se caracterizan por no tener bandas prohibidas; así, al aumentar la temperatura por encima de los 0 grados K el electrón ya es libre y pasa a niveles superiores de la banda de conducción.
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Muy buena información, perfecta para mi trabajo del instituto. Gracias.
ResponderEliminarMuy buen post, gracias por compartir
ResponderEliminarGracias por la información, saludos desde La Coruña
ResponderEliminarMuy buen post, gracias.
ResponderEliminarGracias a ti Eugenio
Eliminarmuy bien post.
ResponderEliminargracias por la ayuda