Para explicar as bandas que são apresentadas na figura, tem-se que se considerar átomos isolados, separados a uma distancia grande (para não ocorrer a perturbação um nos outros por forças atrativas ou repulsivas), com isso, os elétrons em cada átomo terão seus próprios números quânticos de (n,l,m,s). Contudo, assim que começa a ocorrer a aproximação desses átomos, ou seja, a diminuição do espaçamento Interatômico, começando a formação de um sólido, os elétrons de todos os átomos envolvidos começam a ter interferência de forças provenientes dos outros elétrons e núcleos dos átomos envolvidos e além disso, muitos deles tem os mesmo números quânticos. Com isso, pelo principio de exclusão de Pauli, os elétrons não podem possuir os mesmos números quânticos, então começa a ocorrer a formação de varias camadas (estados eletrônicos) espaçadas entre si, formando as bandas apresentadas na imagem. Essas bandas começam pelos elétrons mais energéticos (mais externos), se estendendo para os mais internos a medida que os átomos se aproximam. Essa sobreposição de bandas, mostrada na imagem, é comum dentre os metais, sendo esse um dos motivos para esses materiais serem bons condutores.

1.b) Qual a relação entre a redução dos níveis de energia dos elétrons mais energéticos e a estabilidade de uma ligação metálica?

Na ligação metálica, o conjunto de núcleos iônicos, ions metálicos, assume-se que são cercados pelos elétrons de valência, que apresentam grande mobilidade, formando uma espécie de gás, ou como conhecidos, mar de elétrons, que está distribuído por toda essa rede de íons. Quando comparados com esses núcleos isolados, as energias dos elétrons no mar de elétrons são menores, conferindo assim uma maior estabilidade quando estão ligados, justificando a grande força e estabilidade da ligação metálica.

2.a) Os efeitos da estrutura no comportamento eletrônico dos materiais (relações entre a estrutura e a condutividade).

Na condutividade, é necessário que o material tenha um elétron livre (ou passível de excitação) para que possa “saltar” para um dos estados de energia vazio e disponível, ou seja, o elétron deve sair da banda de valência para a banda de condução. No caso dos metais , como mostrando na imagem, em qualquer uma das estruturas de bandas possíveis, existem bandas vazias que se sobrepõe às bandas com estados preenchidos, necessitando assim pouca energia para os elétrons saltarem para a banda de condução, demonstrando sua boa condutividade. Isso se deve a grande quantidade de elétrons no “mar de elétrons” das ligações metálicas, ou seja, eles têm boa mobilidade, não sendo ligados localmente, justificando a pouca energia necessária para sua excitação. No caso dos isolantes e semicondutores , existe um espaçamento entre a banda de valência e a condutora, também mostrado na figura. Nesse caso, para o elétron da camada de valência saltar para a banda conduta, será necessário uma energia aproximadamente igual ao do espaço entre as bandas. Para os isolantes , que apresentam ligações iônicas ou covalentes fortes, se tem a necessidade de muita energia, visto a força em que os elétrons são compartilhados entre os átomos. No caso dos semicondutores , suas ligações normalmente são covalentes fracas, que necessitam de bem menos energia para excitar esse elétron, quando comparado com os isolantes.

2.b) Existe relação entre a transparência observada no vidro e o fato do material ser um isolante elétrico? Pesquise.

Existe sim a relação entre a transparência do vidro e sua propriedade isolante. A relação entre essas duas características se dá pelo espaçamento entre as bandas de valência e condução. Pois existe uma energia máxima de espaçamento entre as bandas para que ocorra a absorção de luz visível, quando esse espaçamento é maior, não ocorre à absorção dessa luz, resultando em um material transparente. Isso explica a transparência do vidro, pois ele tem um espaçamento entre as bandas de condução e valência muito grande. Esse grande espaçamento também explica a característica isolante do material, assim, correlacionando essas duas características do vidro.

3.a) Como a forma do chamado “poço de potencial” influencia as propriedades dos sólidos?

O “poço de potencial” é caracterizado como a energia mínima (dE/dr = 0) do sistema, ocorre quando os átomos estão equilíbrio na distancia Interatômica (forcas repulsivas e atrativas em equilíbrio). Essa energia do “poço de potencial” pode ser apresentada com a energia necessária para desfazer a ligação entre os átomos. Com isso, o formato desse poço influencia nos sólidos, de modo que, quanto mais profundo, maior será à força da ligação e