Mikä on bänditeoria?

Mikä on bänditeoria?

Energiakaistan rakenne metalliselle natriumlasille. Nuolet edustavat elektroneja. Jokaisessa natriumiatomisessa on 11 elektronia. Heistä 10 on sisäisiä kiertoratoja, ja Valencian ainoa elektroni sijaitsee Valencia -kaistalla, kun taas ajokaista on tyhjä

Se Kaistateoria Sitä käytetään selittämään, kuinka metalliatomit sitoutuvat toisiinsa ja miksi ne ovat niin hyviä sähköjohtimia, kun taas muut materiaalit eristävät. Toisin sanoen, Se on teoria, joka selittää kuinka metallinen linkki toimii.

Missä tahansa metallikappaleessa, kuten esimerkiksi kynsissä tai esimerkiksi kuparikaapelissa, atomit ovat hyvin lähellä ja hyvin lähellä toisiaan.

Yhtyeiden teorian mukaan tämän läheisyyden vuoksi sen atomi kiertoradalla (paikka, josta niiden elektroneja löytyy) sekoitetaan muodostamaan yhden jättiläisen kiertoradan, joka muistuttaa "bändiä" enemmän kuin kiertorata kuin kiertoradalla.

Kun tämä tapahtuu, muodostuu periaatteessa kaksi bändiä, jotka ovat Valencia -yhtye ja ajobändi (siksi monikko bändin teoria).

Valencia -yhtye

Tämä kaista on muodostettu yhdistämällä kunkin atomin Valencia -kiertoradat. Nämä ovat viimeiset orbitaalit, jotka ovat elektronien miehittämiä jokaisessa yksittäisessä atomisessa.

Valencia -kaista on paikka, jossa metallin elektronit sijaitsevat, kun atomit ovat rentoutuneita. Toisin sanoen, kun he eivät ole innostuneita esimerkiksi sähköpotentiaalin levittämisestä.

Ajoyhtye

Ajokaista muodostuu kunkin atomin ensimmäisten käyttämättömien tai tyhjien kiertoratojen yhdistelmällä. Yleensä ajokaista muodostuu P- tai D -orbitaalit, jotka ovat päällekkäisiä toistensa kanssa. Tämä aiheuttaa bändin, joka muistuttaa moottoritietä, joka kulkee atomien ylä- ja alapuolella olevan tilan läpi.

Voi palvella sinua: Heikot perusteet

Kun elektroni tulee ajokerrokseen, sanotaan, että se on ”demokaloitu”, koska sitä voidaan siirtää vapaasti paikasta toiseen eikä se sijaitsee minkään tietyn atomin ympärillä.

Hyödyllinen analogia

Ymmärtää paremmin metalleihin muodostettujen kaistojen rakenne on kätevää käyttää joitain analogioita.

Voimme kuvitella minkä tahansa aineen kiinteän aineen ikään kuin se olisi rakennusta.

Kiinteä aine voidaan kuvitella kerrostalona, ​​jossa jokainen huoneisto on atomi ja niistä löytyvät elektronit voivat liikkua asunnosta toiseen

Jonkin sisällä Ei -johtajamateriaali, Kaikki elektronit sijaitsevat heidän atominsa ympärillä. Tämä on sama kuin sanomalla, että jokainen huoneisto on suljettu ja elektronit eivät voi vapaasti siirtyä "asunnosta" toiseen (ts. Atomista toiseen), yksinkertaisesti siksi, että kaikki oven avaaminen tarvitaan paljon energiaa, Ja mennä ulos.

Toisaalta a Johtava materiaali Kuten metalli, asiat ovat hyvin erilaisia. Atomit ovat niin lähellä toisiaan, että niiden kiertoradat (huoneet) yhdistyvät keskenään yhden jättiläisen kiertoradan muodostamiseksi. Tämä olisi kuin kaikkien seinien lyöminen lattialle ja tekemisi yhden yhteisen huoneen, joka on täynnä sänkyjä.

Tämä jättiläinen huone olisi vastaava "Valencia -yhtye”, Jossa elektronit ovat vastaavissa vuoteissa, mutta kaikki ovat samassa huoneessa. Tämän huoneen muodostamisen lisäksi, sen vieressä voit saada leveän salin, jonka elektronit voivat käyttää siirtymään paikasta toiseen.

Se voi palvella sinua: elohopeakloridi (ii): rakenne, ominaisuudet, hankkiminen, käyttö

Tämä iso käytävä edustaa sitä, mitä kutsumme "ajobändi". Kun elektronit ovat salissa, ne eivät sijaitse missään erityisessä atomisessa (ne puretaan) ja niitä voidaan siirtää vapaasti paikasta toiseen ilman mitään ongelmia.

Sähköjohtavuus ja kaistateoria

Kun Valencian ja ajobändien muodostuminen on ymmärrettävä, on helppo ymmärtää, miksi jotkut materiaalit ovat hyviä kuljettajia ja miksi toiset eivät.

Sähköjohtavuuden avain on, kuinka vaikeaa on liikuttaa tai herättää Valencia -kaistalla löydettyjä elektroneja ajokaistalle.

Tämä riippuu vain siitä, kuinka lähellä molempien kaistojen energiatasot ovat. Tästä energiaerosta riippuen voidaan erottaa kolmen tyyppiset materiaalit:

Johtava materiaali

Johtavia materiaaleja, kuten metalleja, on ominaista Valencia ja ajo -yhtyeet käytännössä yhdessä Ja melkein ilman energiaeroa yhden ja toisen välillä.

Tämä tarkoittaa, että minimaalinen innostus.

Edellä mainitun analogian mukaan tämä olisi kuin sanoisi, ettei melkein mitään erottaa yhteistä huonetta (Valencia -yhtye) salista (The Drive Band). Tästä syystä elektroni voi helposti saavuttaa saliin ilman mitään ovea, joka estää sen kulkua.

Huone ilman seiniä ja monien sänkyjen kanssa on kuva, joka on samanlainen kuin Valencia -kaista, joka on muodostettu metalliin. Elektronit voivat helposti kulkea paikasta toiseen salien läpi, jotka vastaavat ajobändiä

Ei -johtaja tai eristävä materiaali

Mitä tapahtuu materiaaleille, kuten muoveille tai puulle, jotka eivät johda sähköä? Eristysmateriaalien tapauksissa Valencia -kaistalla ja ajokaistalla on erittäin suuria energiaeroja.

Voi palvella sinua: Kalorimetri

Tämä tarkoittaa, että elektronin ottamiseksi Valencia -kerroksesta ajamiseen.

Rakennusanalogiassa tämä voidaan nähdä, koska elektronien on mentävä monien suljettujen ovien läpi päästäkseen huoneistaan ​​käytävään. Ne ovat kirjaimellisesti loukussa omiin atomeihinsa.

Puolijohdemateriaalit

Johtavien ja ei -johtajien materiaalien välillä löydämme kolmannen ryhmän materiaaleja, joita kutsutaan puolijohdeksi.

Näissä materiaaleissa Valencia- ja ajokaistat eivät ole toisen vieressä kuten johtavissa materiaaleissa, joten on energiakuilu, jonka elektronien on voitettava voidakseen siirtyä ajokaistalle. Tämä aukko- tai energiaero ei kuitenkaan ole yhtä suuri kuin ei -johtorimateriaalien tapauksessa.

Kahden kaistan välinen energiakuilu ei salli näiden materiaalien ajaa sähköä alhaisissa lämpötiloissa. Kun lämpötila nousee, atomien värähtelyjen energia on kuitenkin riittävä herättämään joitain elektroneja ajokaistalle, joten materiaali voi johtaa sähköä.

Koska nämä materiaalit ovat joskus eristäviä ja joskus ne ovat johtimia, niitä kutsutaan puolijohdemateriaaleiksi. Joitakin esimerkkejä tämän tyyppisistä materiaaleista ovat piitä, galliumia ja seleeniä.