Atomes et electricite

[invite70a49028]

Qu'est ce qui fait que les electrons d un materiau conducteur sont libres alors que ceux d'un materiau non conducteur ne le sont pas ?
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[invite3b3aab05]

c est un probleme de configuration electronique. les metaux ont une structure electronique particuliere qui les conferent cette propriete. en fait l explication est bien plus complexes que cela je vais la detailler une autre fois.

[mach3]

Ce serait pas mal de déplacer en physique, car cette question relève de la physique des matériaux.

Il y a pas mal de prérequis nécessaires pour bien comprendre les conducteurs, semi-conducteurs et isolants. Je vais expliquer en très gros, parce que je ne connais pas ton niveau.

Commençons par les atomes libres. Ils possèdent des niveaux d'énergie bien définis, séparés par des intervalles spécifiques. Les électrons de l'atome libre sont disposés sur ces niveaux et pour monter d'un niveau à un autre, il faut que l'atome reçoive une quantité d'énergie bien définie (de même lorsqu'un électron redescend, l'atome réémet cette quantité d'énergie). Quand l'atome libre est dans son état dit "fondamental", c'est à dire de plus basse énergie, ses électrons sont sur les niveaux les plus bas possible. Plus on donne d'énergie à l'atome (on le chauffe par exemple) plus ses électrons vont aller faire un petit tour dans les niveaux plus haut (l'atome devient "excité"). Il se trouve que c'est cette proportion d'électrons qui se baladent dans des niveaux plus élevé que ce qu'il devrait qui défini en gros la température.
Passons maintenant au atomes liées. Lorsque deux atomes se lient, ils combinent leurs niveaux d'énergie et ceux-ci se rapprochent plus ou moins, facilitant plus ou moins les passages entre niveau par rapport au atomes libres. Dans des matériaux comme les métaux, ce ne sont pas deux atomes qui sont liés, mais des milliard de milliard de milliard. La combinaison de tous leurs niveaux d'énergie donne quelque chose qui ressemble plus à des bandes qu'à des niveaux distinct : on a des séries de niveaux extrêmement proche les uns des autres (les électrons peuvent donc facilement monter et descendre, sans grand apport ou émission d'énergie), séparés par des zones où il n'y a pas de niveau (on parle de "gap") que les électrons ont cette fois autant de mal à franchir que lorsqu'ils sont sur les niveaux d'atomes libre (il faut un apport d'énergie pour passer). C'est dans ce contexte de bandes et de gap qu'on peut expliquer la conduction (ou pas) du matériau.
Dans l'état fondamental, c'est à dire à froid (environ 0K), les électrons remplissent bien sagement les bandes jusqu'à un certain niveau, appelé niveau de Fermi. Quand le niveau de Fermi se trouve dans un gap, toutes les bandes qui sont en dessous sont pleines et celles qui sont au-dessus, vide. Même chose lorsque le niveau tombe au milieu d'une bande, sauf que la bande en question sera partiellement remplie.
Quand on chauffe un peu le matériau, dans le premier cas, il ne se passe pas grand chose : la bande sous le niveau de Fermi reste pleine, celle du dessus vide, les électrons n'arrivent pas à passer le gap, ils sont bloqués dans la bande du dessous, appelée bande de valence et ne peuvent pas aller circuler librement dans la bande vide du dessus appelée bande de conduction : le matériau est isolant.
Dans le deuxième cas, quand on chauffe, les électrons vont aisément se déplacer vers le haut de la bande, dans des niveaux où il n'y a pas d'autres électrons, ils vont pouvoir se balader où bon leur semble dans le matériau : le matériau est conducteur.

Évidemment c'est extrêmement simplifié, mais ça donne déjà une base de départ.

m@ch3

[moco]

Moi, j'ai une autre explication simpliste, ultra-simpliste, qui ne demande pas de connaître les niveaux de Fermi, dont parle Mach 3, car je ne suis pas sûr que Trop-Cool en maîtrise la logique.

Mon explication se base sur le modèle de Bohr, dont je sais très bien qu'il est insatisfaisant et qu'il fait sourire les puristes. Mais bon, pour commencer en chimie, cela ne va pas si mal. Allons-y ! Et que les amateurs de Schrödinger me pardonnent !

Les métaux sont des atomes situés dans la partie gauche du tableau périodique. Ils ont donc peu d'électrons sur leurs couche externe, puisque le numéro de la colonne donne le nombre d'électrons externes. Admettons qu'ils soient en colonne 1 à 3. Il y a donc de 1 à 3 électrons externes. Rappelons qu'il y a place pour 8 électrons sur l'orbite externe. Dans un morceau de métal, les orbites externes des atomes voisins se touchent. Et comme il y a de la place sur ces orbites externes, on ne peut pas éviter que de temps en temps, un électron d'un atome A passe inopinément sur l'orbite externe d'un atome B voisin en faisant un changement d'aiguillage au point de contact, ce qui va lui donner une trajectoire en forme de huit. Evidemment, l'instant d'après un autre électron de l'atome B va passer sur A pour rétablir l'équilibre électrique. De proche en proche, n'importe quel électron peut donc passer sur un atome voisin puis sur un autre voisin, et se balader ainsi dans tout le morceau de métal. Les électrons forment comme une sorte de gaz qui imbibe tout l'édifice formé par le noyau et les couches intérieures d'électrons.

Si on approche un pôle négatif de l'extrémité d'une barre de métal, il tend à repousser tous les électrons du métal vers l'extrémité opposée de la barre. Cela crée quelque chose qui est presque un courant électrique dans la barre, avec tous ces électrons qui sautent d'atome à atome dans le même sens.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite70a49028]

Merci pour votre reponse Mach3 meme s'il y a des points qui restent tres flous du fait de mon niveau assez limité en physique.
Par ailleurs, j'ai beaucoup mieux compris les explications de toco qui sont plus a ma portée.
Merci de m'avoir eclairée sur le sujet