Es bien sabido para nosotros que un átomo consiste en protones, neutrones y electrones. La masa central de un átomo está formada por protones y neutrones y los electrones giran en las órbitas. El número y la disposición de los protones, neutrones y electrones en un átomo determinan las propiedades físicas, químicas y eléctricas de un elemento. El número y la disposición de protones, neutrones y electrones en un átomo se denominan colectivamente estructura de un átomo del elemento. La estructura se llama alternativamente estructura atómica.
La estructura atómica del carbono y del cobre no es la misma y por eso las propiedades del carbono y del cobre son diferentes. Examinemos la estructura de un átomo de cobre. Tiene 29 electrones. La primera órbita está formada por dos electrones, la segunda por 8 y la tercera por 18. La cuarta órbita, o la más exterior, consta de 29 28 o 1 electrón. Es más importante estudiar el electrón en detalle porque la ingeniería electrónica se basa en el diferente comportamiento de los electrones.
Un electrón está cargado negativamente como una partícula muy pequeña y casi sin masa. La carga eléctrica de un electrón es de 1.602 10 – 19 …los culombos. La masa de un electrón es 9 10 – 31 kg. La relación carga/masa de un electrón es de 1,602 10 – 19/9 × 10 – 31 o 1,71 10 11 Columna/kg. Esta proporción prueba que la carga de un electrón es significativamente alta comparada con su masa. Esto hace que el electrón sea extremadamente móvil y está muy influenciado por campo eléctrico y campo magnético.
Hay dos tipos de energía asociados con un electrón que se mueve alrededor del núcleo de un átomo. Una es la energía cinética debida al movimiento del electrón. Otro es la energía potencial debido a la carga del electrón así como a la carga del núcleo. La energía total asociada a un electrón es la suma de estas dos energías. La energía de un electrón es más en la órbita exterior que la de un electrón en la órbita interior. Así que está claro que los electrones que se mueven en la órbita exterior poseen el mayor nivel de energía. Por eso, los electrones en la última órbita o en la más externa juegan un papel vital en el significado de las propiedades físicas, químicas y obviamente eléctricas de un elemento.
Los electrones de Valence
Los electrones en la última órbita que también determina principalmente las propiedades eléctricas de los elementos se conocen como electrones de valencia.
Es bien sabido para nosotros que la cáscara más exterior de un átomo procesa un máximo de ocho electrones. Por lo tanto, el número máximo de electrones de valencia de un átomo no puede ser superior a 8. En este artículo, nos concentraremos en las propiedades eléctricas de un elemento y trataremos de observar cómo la propiedad eléctrica está determinada por el número de electrones de valencia en la capa más externa.
Conductividad eléctrica y electrones de valencia
Por conductividad eléctricalos elementos se dividen en tres grupos.
- Conductores
- Semiconductores
- Aislantes
Conductores
Todas las sustancias metálicas son el buen conductor de la electricidad. Si observamos la configuración electrónica de cualquier elemento metálico encontraremos que tiene menos de 4 electrones en su envoltura más exterior, lo que significa que tiene menos de cuatro electrones de valencia. El material conductor de electricidad más utilizado es el aluminio y tiene tres electrones de valencia, y otro conductor metálico es el magnesio que tiene dos electrones de valencia. El conductor eléctrico más conocido es el cobre, y el átomo de cobre tiene sólo un electrón de valencia.
Semiconductores
Cuando el número de electrones de valencia de un elemento es 4, el elemento tendrá las propiedades de los elementos puramente metálicos, pero no metálicos. Las propiedades de tales elementos y materiales están entre metálicas y no metálicas. Los elementos o materiales no pueden conducir La corriente eléctrica tan eficientemente como un conductor y al mismo tiempo, no pueden bloquear el flujo de corriente a través de ellos. La conductividad de estos elementos que tienen cuatro electrones de valencia es moderada, lo que no es bueno ni malo. Estos elementos o materiales se llaman semiconductores. El carbono, el silicio y el germanio son elementos semiconductores, y estos tienen precisamente cuatro electrones de valencia en sus átomos.
Aislantes
Cuando el número de electrones de valencia en el átomo es más de cuatro, el elemento se comporta como no-metal. El no-metal es un mal conductor de la electricidad. Estos elementos y los materiales hechos de esos elementos se llaman aislante o materiales de aislamiento. Los tres ejemplos conocidos del aislante son el nitrógeno, el azufre y el neón.
- El nitrógeno tiene 5 electrones de valencia
- El azufre tiene 6 electrones de valencia
- El neón tiene 8 electrones de valencia.
Electrones libres
Los electrones de todos los elementos no procesan el mismo nivel de energía. La energía de los electrones de valencia está más en el elemento metálico que en el no metálico. Si un electrón de valencia posee una alta energía, está estrechamente asociada con su átomo padre. La leve influencia de una fuerza externa puede separar fácilmente el electrón de su órbita. Estos electrones sueltos o separados pueden moverse libremente en el cristal metálico con un movimiento aleatorio. Estos electrones de valencia que se mueven libremente y al azar se llaman electrones libres. El movimiento de estos electrones libres separados hacia una dirección particular causa un La corriente eléctrica en un director. Por lo tanto, el conductividad eléctrica de un material depende del comportamiento de los electrones libres en él.
Los conductores metálicos tienen muchos electrones libres en su cristal, incluso a temperatura ambiente. Cuando aplicamos un diferencia de potencial a través del conductor debido a la fuerza electrostática o debido a la influencia de campo eléctrico los electrones libres se mueven hacia el lado positivo del potencial aplicado. El movimiento de los electrones libres con su movimiento aleatorio localizado provoca una corriente eléctrica en el conductor.
Un aislante puro e ideal no tiene ningún electrón libre a temperatura ambiente, por lo que no permite que la corriente eléctrica fluya a través de él. En otras palabras, debido a la falta de electrones libres en un aislanteno habría ninguna actual desarrollado en él cuando aplicamos una diferencia de potencial a través del aislante.
Semiconductores tienen muy pocos electrones libres a temperatura ambiente, por lo que un semiconductor posee una pequeña corriente a través de él cuando aplicamos un diferencia de potencial a través de ella.
