A sávok modellje és példái



az sávelmélet olyan, amely meghatározza a szilárd anyag egészének elektronikus szerkezetét. Bármilyen szilárd anyagra alkalmazható, de a fémeknél, ahol a legnagyobb sikereket tükrözik. Ezen elmélet szerint a fémkötés a pozitív töltésű ionok és a kristályban lévő mobil elektronok közötti elektrosztatikus vonzásból ered..

Ezért a fémkristálynak van egy "elektronja", amely magyarázhatja fizikai tulajdonságait. Az alsó kép a fémcsatolást mutatja. Az elektronok lila pontjait egy olyan tengerbe helyezik át, amely a pozitívan feltöltött fématomokat borítja.

Az "elektronok tengerét" az egyes fém atomok egyedi hozzájárulása képezi. Ezek a hozzájárulások az atomi orbiták. A fémszerkezetek általában kompaktak; minél tömörebbek, annál nagyobb az atomuk közötti kölcsönhatások.

Ennek eredményeként atomi orbitáik átfedik egymást, és nagyon keskeny molekuláris orbitákat hoznak létre az energiában. Az elektronok tengere akkoriban csak egy nagy molekuláris orbitális halmaz, amely különböző energiájú tartományokat tartalmaz. Ezeknek az energiáknak a tartománya az energia sávokként ismert.

Ezek a zenekarok a kristály bármely régiójában vannak jelen, ezért az egésznek tekinthető, és onnan jön az elmélet meghatározása..

index

  • 1 Az energia sávok modellje
    • 1.1 Fermi szint
  • 2 Félvezetők
    • 2.1 Belső és külső félvezetők
  • 3 Példák az alkalmazott sávelméletre
  • 4 Referenciák

Energia sávok modellje

Amikor egy fématom orbitálisa kölcsönhatásba lép a szomszédja (N = 2), két molekuláris orbitát képeznek: egy kötés (zöld sáv) és egy anti-link (sötétvörös sáv) egyike..

Ha N = 3, akkor három molekuláris orbitál képződik, amelyek közül a középső (fekete sáv) nem kötődik. Ha N = 4, négy orbitát alakítanak ki, és a legnagyobb kötődésű és a legnagyobb fagyásgátló karaktert különválasztják.

A molekuláris pályákhoz rendelkezésre álló energiatartomány bővül, mivel a kristály fématomjai orbitáikból származnak. Ez azt is eredményezi, hogy az orbitális tér között az energia tér csökken, addig a pontig, hogy egy sávban kondenzálódnak.

Az orbitákból álló zenekar alacsony energiájú (zöld és sárga színekkel) és nagy energiájú (narancssárga és piros színű) régiókkal rendelkezik. Az energikus szélsőségeik alacsony sűrűségűek; azonban a molekuláris orbiták (fehér csík) nagy része a középpontban koncentrálódik.

Ez azt jelenti, hogy az elektronok "gyorsabban futnak" a sáv közepén, mint a végükön.

Fermi szint

Ez az elektronok által elfoglalt legmagasabb energiaállapot egy szilárdban az abszolút nulla hőmérsékleten (T = 0 K).

Amint a zenekar épül, az elektronok elkezdik elfoglalni az összes molekuláris pályájukat. Ha a fémnek egyetlen valenselektronja van1), a kristály minden elektronja a zenekar felét foglalja el.

A másik üres helyet vezetési sávnak nevezik, míg az elektronokkal teli sávot valencia sávnak nevezik.

A felső képen az A tipikus valencia sávot (kék) és egy fém vezetési sávot (fehér) ábrázol. A kékes határvonal jelzi a Fermi szintjét.

Mivel a fémek p-orbitákkal is rendelkeznek, ugyanúgy egyesülnek, mint egy p-sáv (fehér)..

Fémek esetében az s és p sávok nagyon közel vannak az energiához. Ez lehetővé teszi azok átfedéseit, elősegítve az elektronokat a valencia sávtól a vezetési sávhoz. Ez még 0 K feletti hőmérsékleteken is megtörténik.

Az átmeneti fémek és a 4.

A villamos tulajdonságok meghatározásához nagyon fontos a Fermi szint a vezetési sávhoz képest.

Például egy olyan fém Z, amelynek Fermi-szintje nagyon közel van a vezetési sávhoz (a legközelebbi üres sáv az energiában) nagyobb elektromos vezetőképességgel rendelkezik, mint egy X-fém, amelyben a Fermi-szintje messze van a sávtól..

félvezetők

Ezután az elektromos vezetőképesség az elektronok egy valencia sávból a vezetési sávba történő migrációjából áll.

Ha a két sáv közötti energiarés nagyon nagy, akkor van egy szigetelőanyag (mint a B). Másrészt, ha ez a rés viszonylag kicsi, akkor a szilárd anyag félvezető (a C esetében)..

A hőmérséklet növekedésével szembesülve a valencia sávban lévő elektronok elegendő energiát szereznek be a vezetési sáv felé. Ez elektromos áramot eredményez.

Valójában ez egy szilárd vagy félvezető anyagok minősége: szobahőmérsékleten szigetelők, de magas hőmérsékleten vezetők..

Belső és külső félvezetők

A belső vezetők azok, amelyekben a valencia sáv és a vezetési sáv közötti energiarés elég kicsi ahhoz, hogy a hőenergia lehetővé teszi az elektronok áthaladását..

Másrészt a külső vezetők elektronikai szerkezeteikben a szennyeződésekkel történő dopping után változásokat mutatnak, amelyek növelik az elektromos vezetőképességüket. Ez a szennyeződés lehet egy másik fém vagy egy nem fém elem.

Ha a szennyeződésnek több valenciós elektronja van, akkor egy olyan donor sávot biztosíthat, amely hídként szolgál a valencia sáv elektronjai számára a vezetési sávba való átjutáshoz. Ezek a szilárd anyagok n-típusú félvezetők. Itt az „n” jelölés „negatív”.

A felső képen a donor sáv a kék sávban van ábrázolva közvetlenül a vezetési sáv alatt (n típus).

Másrészt, ha a szennyeződés kevésbé valens elektronokkal rendelkezik, akkor egy akceptor sávot biztosít, amely lerövidíti a valencia sáv és a vezetési sáv közötti energiarést..

Az elektronok először ebbe a zenekarba költöznek, a "pozitív lyukak" mögött maradnak, amelyek az ellenkező irányba mozognak.

Mivel ezek a pozitív rések az elektronok áthaladását jelzik, a szilárd anyag vagy anyag p-típusú félvezető..

Példák az alkalmazott sávelméletre

- Magyarázza el, miért világosak a fémek: a mobil elektronok a hullámhosszúságok széles skáláján képesek sugárzást elnyelni, amikor magasabb energiaszintre ugrik. Ezután fényt bocsátanak ki, és visszatérnek a vezetési sáv alacsonyabb szintjeihez.

- A kristályos szilícium a legfontosabb félvezető anyag. Ha a szilícium egy részét 13 csoportos elem (B, Al, Ga, In, Tl) nyomai tartalmazzák, akkor p-típusú félvezetővé válik. Mivel ha a 15. csoport (N, P, As, Sb, Bi) egy elemével van adalékolva, akkor n-típusú félvezetővé válik.

- A fénykibocsátó dióda (LED) egy p-n közös félvezető. Mit jelent? Az anyagnak mindkét félvezető típusa van, mind az n, mind a p. Az elektronok az n-típusú félvezető vezetési sávjából vándorolnak a p-típusú félvezető valencia sávjába.

referenciák

  1. Whitten, Davis, Peck és Stanley. Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Learning, 486-490. O.
  2. Shiver & Atkins. (2008). Szervetlen kémia (Negyedik kiadás, Pp. 103-107, 633-635). Mc Graw-hegy.
  3. C. R. hajó (2016). Szilárdanyagok sávelmélete. A következő dátum: 2018. április 28., a következő címről: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  4. Steve Kornic (2011). Kötvényekről a zenekarok felé haladva a kémikus szempontból. A következő dátum: 2018. április 28., a következő címről: chembio.uoguelph.ca
  5. Wikipedia. (2018). Külső félvezető. 2018. április 28-án, a következő címen szerezhető be: en.wikipedia.org
  6. Byju'S. (2018). A fémek zenekarelmélete. A következő dátum: 2018. április 28., a következőtől: byjus.com