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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 50 (1º semestre) da UFG 2009

1º semestre · Física: Resistência elétrica e leis de Ohm

Quanto à condução de eletricidade, os materiais são classificados como isolantes, semicondutores e condutores. Tecnologicamente, os semicondutores são muito usados, em parte devido ao alto controle de dopagem que se tem nestes materiais, o que pode torná-los excelentes condutores. Dopar um material semicondutor significa substituir um dos átomos da rede cristalina por um átomo com um elétron em excesso (impureza doadora) ou por um átomo com um elétron faltando (impureza aceitadora), conforme ilustrado abaixo.

Esquema de duas redes cristalinas de silício (Si) dopadas. Em (a) Impureza doadora, uma grade 3x3 de átomos de Si conectados por traços tem o átomo central substituído por um átomo de arsênio (As), cercado por uma linha tracejada circular que contém um elétron em excesso (e⁻). Em (b) Impureza aceitadora, uma grade 3x3 de átomos de Si tem o átomo central substituído por um átomo de índio (In), onde falta a ligação com o átomo de Si superior, que apresenta um ponto preto abaixo de si representando um elétron desemparelhado.

Na rede cristalina do \ce{Si}, o tipo de ligação química entre a impureza e o átomo de \ce{Si} e a propriedade física do material que a adição de impurezas altera, são, respectivamente,

  1. A
    iônica e resistividade.
  2. B
    metálica e condutividade.
  3. C
    covalente e condutividade.
  4. D
    covalente e resistência.
  5. E
    metálica e resistência.
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Resolução comentada

Tipo de ligação. O silício é um semimetal do grupo 14: cada átomo tem 4 elétrons de valência e faz 4 ligações compartilhando pares de elétrons com os vizinhos. Isso é ligação covalente, e a figura mostra isso com os traços entre os átomos. A impureza (As ou In) entra no lugar de um Si e também se liga aos vizinhos por pares compartilhados. Assim, a ligação entre a impureza e o Si é covalente.

O que a dopagem altera.

  1. O arsênio (grupo 15) tem 5 elétrons de valência. Quatro fazem ligações e o quinto fica em excesso, livre para conduzir corrente.
  2. O índio (grupo 13) tem 3 elétrons de valência. Falta um elétron em uma das ligações, formando uma lacuna, que também permite o transporte de carga.
  3. Nos dois casos aumenta o número de portadores de carga livres. O enunciado diz que a dopagem torna o material um excelente condutor, ou seja, altera a facilidade com que ele conduz corrente: a condutividade elétrica.

Por que não resistência. Resistência depende também da geometria da amostra (comprimento e área). A propriedade do material é a resistividade, ou seu inverso, a condutividade. Entre as opções, a que combina com "covalente" e com a propriedade do material é condutividade.

Alternativa C.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AA ligação entre impureza e Si é covalente (compartilhamento de elétrons), não iônica.
  • BNão é ligação metálica: os átomos compartilham pares de elétrons em ligações direcionais.
  • DResistência depende da geometria da amostra, não é propriedade do material; o termo adequado é condutividade.
  • EErra o tipo de ligação (metálica) e usa resistência, que depende da forma do corpo.

Assunto: Resistência elétrica e leis de Ohm.

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Fonte: UFG 2009 · 1º semestre · 1ª etapa. Prova oficial ↗