La electricidad es una forma de energía que proviene del átomo. Las sustancias se componen de unos elementos pequeñísimos, llamados átomos, o de una combinación de átomos que son las moléculas y los compuestos.

EL átomo El átomo esta formado por partículas:

los electrones, los protones y los neutrones.

Estructura Atómica El protón y el neutrón forman el núcleo del átomo.

Protón posee carga positiva (+)

Neutrón en neutro.

Las orbitas exteriores del átomo las ocupa en electrón.

Electrón carga negativa (-)

La palabra átomo fue nombrada por primera vez en Grecia cerca del año 500. a.c, por los atomistas, siendo los más destacados Demócrito y su mentor Leucipo. Desarrollaron la “teoría atómica del universo”, esta teoría afirmaba que todo lo percibido mediante los sentidos estaba formado por pequeñas partículas, invisibles, macizas, con diferentes formas y texturas, llamadas átomos.

Algo de Historia John Dalton fue un prestigioso químico y físico

británico que en 1803 dio forma a lo que posteriormente se llamaría la teoría atómica de Dalton.

Teoría atómica de Dalton La materia esta formada por partículas muy pequeñas e indivisibles denominadas átomos.

Cada átomo de un elemento químico dado es idéntico en su masa y demás propiedades a los demás.

Los átomos de elementos químicos distintos son diferentes, en principalmente sus masas.

Los átomos son indestructibles y son capaces de conservar su identidad en los cambios químicos.

Un compuesto está formado por átomos de diferentes elementos que se combinan entre sí, en una relación de números enteros sencilla, formando las moléculas.

A mediados del siglo XIX, varios años después de que Dalton formulara su teoría, se fueron introduciendo modificaciones al modelo atómico inicial de Dalton.

Posteriormente, J.J. Thomson, E. Rutherford y Niels Bohr fueron algunos de los científicos más relevantes en la definición de la teoría atómica.

Átomo simplificado

Electrones de Valencia

Átomo de Hidrogeno

Átomo de cobre

Átomo de Aluminio

La capa de electrones que se encuentra más alejada del núcleo puede contener hasta ocho electrones y cuando aplicamos energía a un átomo, esta se reparte entre todos ellos; por eso, dependiendo de la cantidad de electrones que tengan en su última órbita los átomos de un material, los podemos clasificar en conductores, semiconductores o aislantes.

Son los electrones que han sido desalojados de la capa exterior de un átomo se conocen como electrones libres.

Pueden existir por si mismos en el exterior del átomo y son los causantes de los fenómenos eléctricos y electrónicos.

Materiales Conductores Los materiales conductores son aquellos cuyos átomos

tienen menos de 4 electrones en la última capa. Los que tienen 1 electrón (el electrón libre) son los mejores conductores, un ejemplo son el oro, la plata y el cobre.

En cada átomo existen un número de electrones dependiendo del elemento que se trate, pero los electrones que giran en órbitas más cercanas al núcleo tienen menos energía que los que se encuentran más alejados, de esta manera, si transmitimos energía a su átomo, un electrón abandonará su órbita original para colocarse en la inmediata superior, pero si se transmite energía suficiente, podemos hacer que el electrón más alejado del núcleo se salga de su órbita y se separa del átomo al que estaba ligado. Éste electron que logra desprenderse del átomo recibe el nombre de électron libre.

Conductores Cobre

- Aluminio - Hierro - Agua de mar - Estado Plasma

Aislantes - Mica

- Azufre

- Plástico

- Aire

- Aceites

- Vidrio

Los aislantes impiden el paso de la corriente eléctrica, dificulta y rechaza el flujo de electrones.

La industria eléctrica y electrónica los utiliza para trasladar el flujo de electrones en forma segura para evitar fugas de corriente, cortocircuitos y riesgos de electrocución en los usuarios.

Semiconductores Estos materiales se comportan como aislantes

mientras no se varíe su condición inicial, por medio de una fuerza externa como temperatura, presión, campo magnético, campo eléctrico o radiación, se vuelven conductores.

Semiconductores intrínsecos

El cristal de silicio son un montón de átomos de silicio, unidos entre sí por enlaces covalentes, enlace covalente es aquel en que dos átomos ponen en común un electrón cada uno, compartiéndolos ambos, de modo que el electrón no es de uno ni de otro, sino de ambos.

Se dice que un semiconductor es “intrínseco” cuando se encuentra en estado puro, o sea, que no contiene ninguna impureza, ni átomos de otro tipo dentro de su estructura. En ese caso, la cantidad de huecos que dejan los electrones en la banda de valencia al atravesar la banda prohibida será igual a la cantidad de electrones libres que se encuentran presentes en la banda de conducción.

Los átomos de los elementos semiconductores pueden poseer dos, tres, cuatro o cinco electrones en su última órbita, de acuerdo con el elemento específico al que pertenecen. No obstante, los elementos más utilizados por la industria electrónica, como el silicio (Si) y el germanio (Ge), poseen solamente cuatro electrones en su última órbita. En este caso, el equilibrio eléctrico que proporciona la estructura molecular cristalina característica de esos átomos en estado puro no les permite ceder, ni captar electrones.

Normalmente los átomos de los elementos semiconductores se unen formando enlaces covalentes y no permiten que la corriente eléctrica fluya a través de sus cuerpos cuando se les aplica una diferencia de potencial o corriente eléctrica. En esas condiciones, al no presentar conductividad eléctrica alguna, se comportan de forma similar a un material aislante.

Los "semiconductores" como el silicio (Si), el germanio (Ge) y el selenio (Se), por ejemplo, constituyen elementos que poseen características intermedias entre los cuerpos conductores y los aislantes, por lo que no se consideran ni una cosa, ni la otra. Sin embargo, bajo determinadas condiciones esos mismos elementos permiten la circulación de la corriente eléctrica en un sentido, pero no en el sentido contrario. Esa propiedad se utiliza para rectificar corriente alterna, detectar señales de radio, amplificar señales de corriente eléctrica, funcionar como interruptores o compuertas utilizadas en electrónica digital, etc.

Cuando se eleva la temperatura de la red cristalina de un elemento semiconductor intrínseco, algunos de los enlaces covalentes se rompen y varios electrones pertenecientes a la banda de valencia se liberan de la atracción que ejerce el núcleo del átomo sobre los mismos. Esos electrones libres saltan a la banda de conducción y allí funcionan como “electrones de conducción”, pudiéndose desplazar libremente de un átomo a otro dentro de la propia estructura cristalina, siempre que el elemento semiconductor se estimule con el paso de una corriente eléctrica.

Cuando a la estructura molecular cristalina del silicio o del germanio se le introduce cierta alteración, esos elementos semiconductores permiten el paso de la corriente eléctrica por su cuerpo en una sola dirección. Para hacer posible, la estructura molecular del semiconductor se dopa mezclando los átomos de silicio o de germanio con pequeñas cantidades de átomos de otros elementos o "impurezas".

Generalmente los átomos de las “impurezas” corresponden también a elementos semiconductores que, en lugar de cuatro, poseen tres electrones en su última órbita [como el galio (Ga) o el indio (In)], o que poseen cinco electrones también en su última órbita [como el antimonio (Sb) o el arsénico (As)]. Una vez dopados, el silicio o el germanio se convierten en semiconductores “extrínsecos” y serán capaces de conducir la corriente eléctrica.

Tanto los cristales de silicio (Si) como los de germanio (Ge) en estado puro se pueden convertir en dispositivos semiconductores, capaces de conducir la corriente eléctrica si para ello alteramos su estructura molecular cristalina introduciendo ciertas cantidades de "impurezas".

Semiconductores Extrínsecos

Para realizar ese cambio será necesario introducir átomos de otros elementos semiconductores apropiados que posean tres electrones en su banda de valencia o última órbita (átomos trivalentes) o también cinco electrones en esa propia órbita (átomos pentavalentes). A tales efectos se consideran impurezas los siguientes elementos con átomos trivalentes: aluminio (Al), galio (Ga) e indio (In). También se consideran impurezas los átomos pentavalentes de arsénico (As), fósforo (P) o de antimonio (Sb).

Cuando añadimos a la estructura cristalina del silicio o del germanio una pequeña cantidad de átomos de un elemento pentavalente en función de “impurezas”, estos átomos adicionales reciben el nombre de "donantes", porque cada uno dona o cede uno de sus cinco electrones a la estructura cristalina del semiconductor. Si, por el contrario, los átomos que se añaden como impurezas son trivalentes, se denominan entonces "aceptantes”, porque cada uno tendrá que captar o aceptar un electrón procedente de la propia estructura cristalina del silicio o del germanio.

SEMICONDUCTOR DE SILICIO "TIPO-N"

Si la estructura cristalina de uno de esos elementos semiconductores la dopamos añadiéndole una pequeña cantidad de impurezas provenientes de átomos de un metaloide como, por ejemplo, antimonio (Sb), estos átomos se integrarán a la estructura del silicio y compartirán cuatro de sus cinco electrones con otros cuatro pertenecientes a los átomos de silicio o de germanio, mientras que el quinto electrón restante del antimonio, al quedar liberado, se podrá mover libremente dentro de toda la estructura cristalina. De esa forma se crea un semiconductor extrínseco tipo-N, o negativo, debido al exceso de electrones libres existentes dentro de la estructura cristalina del material semiconductor.

En esta unión quedará un electrón libre dentro de la estructura cristalina del silicio por cada átomo de antimonio que se haya añadido. De esa forma el cristal. de silicio se convierte en material semiconductor tipo-N (negativo) debido al exceso electrones libres con cargas negativas presentes en esa estructura.

Semiconductor de tipo N. Un cristal de silicio que, por causa de introducirle algunos átomos de fósforo, tiene algunos electrones en la cuarta capa. La N viene de Negativo, pero no porque sea un ión, sino solamente porque tiene un electrón de más en la capa 4.

SEMICONDUCTOR DE SILICIO "TIPO-P"

Como se puede observar la ilustración, los átomos

de silicio (con cuatro electrones en. la. última órbita

o banda de valencia) se unen formando. enlaces

covalente con los átomos de galio (con

tres. electrones en su banda de valencia). En esas

condiciones. quedará un hueco con defecto de

electrones en la. estructura. cristalina de silicio,

convirtiéndolo en un semiconductor tipo-P (positivo)

provocado por el defecto de. electrones en la

estructura.

Semiconductor de tipo P. En este caso, en lugar de introducir un átomo de fósforo, introducimos uno de boro (B). El boro (B) tiene 5 electrones: 2 en la primera capa y 3 en la segunda.