Autores

Barcelos, A. (COLEGIO CRUZEIRO)

Resumo

O tema ligação metálica é precariamente trabalhado nos livros de segundo grau. Via de regra se aborda o tema pela natureza da ligação descrevendo o famoso “mar de elétrons”, em seguida comenta-se sobre as propriedades físicas dos metais. A condutividade elétrica é superficialmente abordada, com exceção do livro Química Geral e Inorgânica de 1980 dos autores NABUCO E BARROS. O presente trabalho tem por objetivo demonstrar que é possível ir além disso retomando conceitos inerentes ao tema como é o caso dos semicondutores e da teoria das bandas por eles abordadas há mais de 30 anos e que os autores mais modernos parecem ter ignorado. No momento em que formas de energia mais modernas como as células fotovoltaicas está em voga,conhecimentos como estes não se podem ser desprezados.

Palavras chaves

semicondutor; elétrons; banda

Introdução

Por incrível que pareça, o tema é descrito com maior abordagem num livro editado em 1980 com o título Química Geral e Inorgânica dos autores NABUCO, João Roberto da Paciência e BARROS, Roberto Vizeu. O primeiro tive a honra de ter sido aluno e colega de trabalho. Nas quase quatro páginas dedicadas ao tema os autores iniciam o tema expondo a natureza da ligação (elétrons semilivres), em seguida passam ao conceito de banda de condução de onde conseguem diferenciar o isolante de um condutor. Num terceiro momento discorrem sobre os semicondutores, explicam o funcionamento de uma célula fotovoltaica e finalmente encerram com dois gráficos de condutividade x temperatura em condutores e semicondutores. Um autor de grande renome é Carmo Gallo Netto que dedica pouco mais de duas páginas do volume 1 de seu livro Química da Teoria à Realidade ao tema. Na breve exposição o autor se limita a conceituar o “mar de elétrons” e apresentar as propriedades físicas dos metais nada falando de mais profundo a respeito de condutividade elétrica. O professor Geraldo Camargo de Carvalho, no volume 1 de seu livro Química Moderna aborda o tema em menos de uma página de maneira muito breve comentando apenas sobre o “mar de elétrons” para em seguida justificar a boa condutividade elétrica dos metais e finaliza falando sobre ligas metálicas. Dois autores muito badalados na atualidade, TITO E CANTO, no famoso livro Química na Abordagem do Cotidiano volume 1,tentam dar uma maior abordagem ao tema mas que na verdade não acontece pois, quando se chega ao tema se depara com uma divisão em cinco tópicos:propriedades das substâncias formadas por metais,o que é corrente elétrica ?,ligação metálica, ligas metálicas e propriedades das substâncias metálicas, conclusão: nada de novo.

Material e métodos

Para uma geração que cresceu com o dedo no teclado ou na tela sensível ao toque,nada mais real do que utilizar o exemplo do silício, que revolucionou a indústria de informática, para exemplificar o que é um semicondutor. Nesta linha o ponto de partida consiste em classificar a matéria quanto à condutividade elétrica em 3 grupos: condutores, semicondutores e isolantes. A diferenciação deve ser feita de maneira simples, ou seja, o condutor conduz, o isolante não conduz e o semicondutor se comporta como isolante até uma determinada temperatura e a partir de então começa a se comportar como condutor. Após o estudo do núcleo atômico e com os conceitos de próton, elétron, cátion e ânion devidamente estudados é hora de dar um passo adiante e classificar os semicondutores como p e n. Para isso o procedimento realizado foi apresentar o artigo científico usando led como fonte de energia (1) no qual o tema é muito bem abordado. Partindo do conceito de distribuição eletrônica na camada de valência é possível extrapolar isso para conceituar banda de valência como uma soma dos diversos níveis de energia das respectivas camadas de valência dos átomos que formam a ligação metálica. De posse do conhecimento da teoria da banda de valência é possível explicar a banda de condução e, em seguida, o gap de energia necessário para condução. Visto isso, retomam-se conceitos como condutor, isolante e semicondutor para juntamente com os recém aprendidos e assim poder unir estas informações para dar uma visão mais profunda aos conceitos visto na série anterior.

Resultado e discussão

Procurando demonstrar a utilidade prática de tudo o que foi aprendido apresenta-se o processo fotoelétrico em um led que ocorre da mesma maneira como ocorrido anteriormente, ou seja, a energia eletromagnética contida na luz solar é capaz de fazer com que os elétrons se movimentem no material fotossensível existente em cada cor de led e com isso a diferença de potencial gerada por cada cor de led dependerá da sua composição química assim como do arranjo dos leds como demonstrado no gráfico 1. Os dados obtidos apresentam uma riqueza de informações de grande valia. Primeiramente salta aos olhos o bom desempenho, por um lado, do led vermelho e, de outro,l o baixíssimo rendimento dos leds branço e ultravioleta. Outra Outras informações importantes são: a diferença de desempenho entre os leds branco quente e branco frio, uma certa semelhança no comportamento dos leds vermelho e amarelo em certas configurações assim como no caso do roxo e branco quente. A constância das diferenças de potencial no led branco frio merece destaque demonstrando que pouco importa a configuração dos leds. A imagem 1 mostra a composição química do semicondutor de cada cor de led e dela podemos extrair a informação que os leds azul e verde, apesar de apresentarem a mesma composição não apresentam desempenhos iguais como acontece com as cores amarelo e vermelho que, apesar de serem quimicamente diferente em composição apresentam uma maior semelhança no desempenho em comparação com os pares anteriores.

composição dos leds em função da cor


diferença de potencial em função das cores e configurações de leds

Conclusões

Por fim se faz necessário questionar se a valorização desse tema não seria importante para o ensino da química levando em consideração o momento em que se propõe uma base nacional curricular para o ensino médio.Tudo parece indicar que sim pois prova disso é que o ENEM no exame de 2017 dedicou duas questões ao tema e em diversos depoimentos de alunos das segundas e terceiras séries do ensino médio relataram que a participação num projeto realizado no nono ano foi de fundamental importância para que eles lembrassem do tema e conseguissem obter êxito na resolução destas duas questões.

Agradecimentos

Ao coordenador da disciplina de química, professor José Guilherme da Silva sempre apoiando novas iniciativas,a Isabel Monteiro pela confiança no trabalho e ao profess

Referências

- NABUCO, João Roberto da Paciência e BARROS, Roberto Vizeu, Química Geral e Inorgânica, p.218-222, Editora Ao Livro Técnico, 1980, Rio de Janeiro.
- CARVALHO, Geraldo de Camargo, Quimica Moderna volume 1, 2ª edição , p. 99-100. Editora Scipione,1995, São Paulo.
- NETTO, Carmo Gallo, Química da Teoria à Realidade volume 1, p. 218-220, Editora Scipione, 1996, São Paulo.
- CANTO, Eduardo do Leite e PERUZZO( TITO), Francisco Miragaia, Química na Abordagem do Cotidiano, 1ª edição, p. 214-218, Editora Saraiva, 2015, São Paulo.
- ALVES,E.G e DA SILVA, A.F, Usando um led como fonte de energia,Física na Escola v.9 nº.1,2008.Disponível em: http://www.sbfisica.org.br/fne/Vol9/Num1/led.pdf. Acessado em 20/05/2017.