1_Estudo_dirigido_Cap 1 e 2_PauloAndre Correção

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RED 102 – Primeiro Estudo Dirigido 
Professor Rodrigo Porcaro 
 
 
Paulo André Morais Portilho – Matricula: 2021.10414 
 
1. Considere a Figura abaixo e explique: 
 
 
a) Como a chamada “teoria de bandas” explica esse fenômeno? 
 
De forma pragmática, os átomos em uma estrutura de um solido cristalino 
é de tal forma que, sua topologia apresenta uma repetição regular, no cristal, os 
átomos individuais estão tão compactados que as bandas de energia resultantes 
são modificadas pela interação entre os primeiros vizinhos mais próximos (para o 
caso de sólidos, que em sua maioria são condutores ou semicondutores). Assim, 
na estrutura cristalina, os níveis de energia dos elétrons da camada interna tem 
baixa interação (quase desprezível), porém, os elétrons das camadas externas, são 
compartilhados pelos átomos vizinhos (distância interatômica), tendo como 
resultado o espalhamento energético formando as bandas de energia do sistema. 
 
b) Qual a relação entre a redução dos níveis de energia dos elétrons 
mais energéticos e a estabilidade de uma ligação metálica? 
 
É por meio da dimensão da redução dos níveis de energia dos elétrons 
externos que se controla a estabilidade de um metal, os elétrons de valência se 
movem livremente dentro dos orbitais moleculares (os elétrons são 
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Okay, repare na figura. A banda de valência apresenta uma energia mínima na posição equivalente à distância interatômica. Quanto maior a redução da energia em relação ao átomo isolado, maior a estabilidade da ligação. 90/100
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Correto. 100/100
 
 
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deslocalizados), a estabilidade da ligação metálica está neste processo de atração 
entre os núcleos positivos e os elétrons livres que se movimentam pelo cristal. 
 
2. Observe as figuras abaixo e explique: 
 
 
The energy bands for the outermost electrons are qualitatively similar for carbon and 
silicon. 
a) Os efeitos da estrutura no comportamento eletrônico dos materiais 
(relações entre a estrutura e a condutividade). 
 
Ao falar sobre a relação entre a estrutura cristalina e estrutura de bandas, 
deve-se observar que embora importantes, essa relação é puramente baseada em 
 
 
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uma única característica do objeto (sua simetria geométrica), então, em uma vista 
à sua classificação baseada na estrutura de bandas, temos que, a simplicidade com 
que uma população de elétrons chegue à banda de condução, determina se este 
material é um isolante, semicondutor ou condutor. 
Assim, um material de rede cristalina regular e periódica de íons positivos 
esfericamente simétricos, tem seus elétrons compartilhados por todos os átomos 
da rede, apresentando comportamento semelhante a um gás de elétrons livres, 
sendo portanto condutores elétricos. 
Por outro lado, temos matérias com ligações direcionais e arranjo 
geométrico cristalino, porém, são formados por átomos ligados pelo 
compartilhamento de elétrons de valência, sendo também condutores e em alguns 
casos semicondutores. 
 
b) Existe relação entre a transparência observada no vidro e o fato do 
material ser um isolante elétrico? Pesquise. 
 
Sim, tomando como referência o óxido de silício em temperatura 
ambiente, afinal, o vidro é um sólido iônico (que em temperatura ambiente é um 
isolante elétrico), portanto apresenta grandes propriedades de absorção ótica neste 
espectro eletromagnético, em outra via, a absorção ótica por excitações eletrônicas 
ocorre em energias do ultravioleta, assim, esse cristal é transparentes no visível. 
 
3. Em relação ao tipo de ligação química e formação dos materiais, explique: 
 
a) Como a forma do chamado “poço de potencial” influencia as 
propriedades dos sólidos? 
 
A forma e a profundidade do poço de potencial, bem como a energia de 
ligação, dependem da maneira que os átomos se agrupam. A força dessa ligação 
é ilustrada na profundidade do poço de potencial, quando mais profundo o poço, 
mas estável é a molécula, portanto, um potencial mais raso, indica que a molécula 
tem baixa energia de dissolução. Assim, podemos prever as propriedades físicas 
dos materiais (em vários casos) como a temperatura de fusão, módulo de 
elasticidade, força, dureza, etc. Tudo por meio da energia de ligação que é descrita 
matematicamente/graficamente pelo poço de potencial. 
 
b) Por que os materiais iônicos são geralmente isolantes a 
temperaturas baixas/moderadas e se tornam condutores a altas 
temperaturas? 
 
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Okay. Além disso, como mostra a figura inferior, para elementos da mesma família na tabela periódica, o espaçamento interatômico modifica completamente a condutividade. 90/100
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Correto. 100/100
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Okay, outro ponto fundamental é a relação entre a simetria do poço e a expansão térmica. 90/100
 
 
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Porque não possuem elétrons livres que efetuam o transporte de carga pelo 
material, assim, não é bom condutor de calor ou eletricidade em condições 
normais de temperatura. Porém, com o aumento da temperatura, o íon do material 
se move através dos defeitos de sua estrutura cristalina. Em suma, o aumento da 
temperatura provoca vacâncias originadas tanto pelo movimento de vibração dos 
átomos em torno de sua posição ou pela transformação de fase do material. 
 
c) Por que os polímeros apresentam capacidade térmica elevada em 
relação a cerâmicos e metais? 
 
Os polímeros são macromoléculas (naturais ou sintéticas) classificadas 
como semicristalinas, essa classificação está ligada à química, tamanho e peso 
molecular. O grau de cristalinidade varia de amorfo até 95% cristalino e depende 
da taxa de resfriamento durante a solidificação, bem como a configuração da 
cadeia polimérica. 
Normalmente são bons isolantes elétricos e térmicos devido ao arranjo 
estrutural molecular constituído de longas cadeias de átomos unidos entre si por 
ligações covalentes. Com isso, possuem uma estrutura eletrônica forte, o que 
determina os elevados pontos de fusão. Também não possuem elétrons livres (os 
elétrons de valência são compartilhados), tornando-o péssimo condutor de calor e 
eletricidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
References: 
 
 KITTEL, Charles. Introduction to solid state physics. 1976. 
 EISBERG, Robert; RESNICK, Robert. Quantum physics of atoms, 
molecules, solids, nuclei, and particles. 1985. 
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Mas e a capacidade térmica? Os polímeros possuem muitos modos vibracionais e uma densidade menor, por isso a maior capacidade térmica. 60/100
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