Semimetais

Por Júlio César Lima Lira
O grupo dos semimetais ou metalóides nunca foi especificado pela IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry – União Internacional de Química Pura e Aplicada), sendo estes, hoje, considerados ametais ou metais. Entretanto, deve-se considerar que a classificação ametal é um tanto radical, pois determinados elementos possuem características físicas e químicas que lembram os metais.

Constituiam o grupo dos semimetais os seguintes elementos: Boro, Silício, Germânio, Arsênio, Antimônio, Telúrio e Polônio. Alguns autores ainda encaixam o Astato como um semimetal, enquanto outros o permanecem na classe não-metal.

O ponto-chave da dualidade metal-ametal destes elementos provinha de diversos fatores: O Boro possui baixa condutividade elétrica, entretanto estabelece ligações com ametais; o Silício (famoso por ser um semicondutor) possui boa condutividade térmica e brilho, mas também apresenta baixa condutividade elétrica em relação aos demais metais. Ou seja, o grande problema dos semimetais é a presença de características que lhes conferem a classificação de metal e também de ametal.

Porém, como a classificação metálica é bem restrita à maleabilidade, ductilidade, condutividade elétrica e térmica, além do brilho característico, da elasticidade e da tenacidade, os elementos que não atendem a todas essas características não são verdadeiros metais.

Semicondutores

O grupo dos metalóides ainda apresenta outra grande disfunção físico-química quando comparado ao grupo metálico: as Bandas de Condução e Bandas de Valência. Para o entendimento desses dois conceitos, observe os exemplos:

  • Ouro: Bom condutor de eletricidade
  • Silício: Não conduz a eletricidade tão bem quanto o Ouro, mas não a impede
  • Carbono: Isolante Elétrico

As Bandas de Condução e Valência estão presentes em qualquer átomo. Inicialmente, na Banda de Valência concentram-se os elétrons, e na de Condução há um espaço vazio. Porém, nos condutores (metais) a distância entre essas Bandas é nula e as duas se entrecruzam, permitindo então que os elétrons dêem saltos quânticos da Banda de Valência para a de Condução (onde corrente elétrica é gerada), ou seja, nos metais as duas Bandas possuem elétrons, sendo a de Valência totalmente cheia e a de Condução parcialmente cheia.

Nos isolantes esse fato não ocorre, uma vez que a distância entre as duas Bandas é muito grande, logo a de Condução é vazia. Sendo que, para um elétron saltar de uma Banda para a outra é necessária certa quantidade de energia (elétron-Volt, eV).

Circuito integrado

Perceba no gráfico que, o requerimento de energia cresce com a distância entre a Banda de Condução e a Banda de Valência (BC e BV). Esse requerimento de energia pode ser dado submetendo o material a algum campo elétrico: nos condutores, a quantidade de energia necessária para que haja passagem de eletricidade é pequena, nos semicondutores é media e nos isolantes é alta. Ou seja, para que um filete de Carbono transmita a mesma corrente elétrica que passa em um filete de Ouro, é necessário aplicar uma tensão elétrica (ou ddp – diferença de potencial elétrico -, medido em Volts) maior entre seus terminais.

O diagrama do meio pode ser utilizado para representar o Silício. Repare que as Bandas de Condução e de Valência não estão tão próximas como no condutor, mas também não estão tão separadas como no isolante. Daí a classificação de semicondutor. Uma vez que o silício necessita de mais energia que o Ouro (condutor) e menos que o Carbono (Isolante) para que no material circule uma corrente de mesma intensidade.

Os semicondutores são bastante utilizados em circuitos integrados de computadores (Chips). Além do Silício, são utilizados em escala bem menor o Germânio e o Arsênio (sob forma de arseniato de gálio).

Fontes:
ATKINS Peter, JONES Loretta. Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente, São Paulo – SP: Editora Bookman, 2006. 3ª Edição. 968 págs.

MAHAN Bruce M., MYERS Rollie J. Química: um curso universitário, São Paulo – SP: Editora Edgard Blücher LTDA, 2005. 4ª tradução americana, 7ª reimpressão. 592 págs.

GUALTER José Biscuola, NEWTON Villas Boas, HELOU Ricardo Doca. Tópicos de Física 3: Eletricidade, Física moderna, Análise dimensional, São Paulo – SP: Editora Saraiva, 2007. 16ª Edição. 399 págs.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Semimetal