Теория на моделите и примерите на лентите

на теория на бандата е такава, която определя електронната структура на твърдото тяло като цяло. Тя може да се прилага за всякакъв вид твърдо вещество, но тя е в металите, където са отразени най-големите му успехи. Според тази теория, металната връзка е резултат от електростатичното привличане между положително заредените йони и подвижните електрони в кристала..

Следователно, металния кристал има "море от електрони", което може да обясни неговите физически свойства. Долното изображение илюстрира металната връзка. Пурпурните точки на електроните са делокализирани в море, което обгръща положително заредените метални атоми.

"Морето на електроните" се формира от индивидуалния принос на всеки метален атом. Тези вноски са нейните атомни орбитали. Металните конструкции са обикновено компактни; Колкото по-компактни са те, толкова по-големи са взаимодействията между техните атоми.

В резултат на това техните атомни орбитали се припокриват, за да генерират много малки молекулярни орбитали в енергията. Морето на електроните тогава е само голям набор от молекулярни орбитали с различни обхвати на енергии. Обхватът на тези енергии съставлява така наречените енергийни ленти.

Тези ленти присъстват във всеки регион на кристала, поради което се разглежда като цяло и оттам идва дефиницията на тази теория..

индекс

• 1 Модел на енергийните ленти
  • 1.1 Ниво на Ферми
• 2 Полупроводници
  • 2.1 Вътрешни и външни полупроводници
• 3 Примери за приложна лентова теория
• 4 Препратки

Модел на енергийните ленти

Когато орбитата на металния атом взаимодейства с тази на съседката (N = 2), се образуват две молекулни орбитали: една от връзката (зелена лента) и една от анти-връзка (тъмно червена лента)..

Ако N = 3, сега се формират три молекулни орбитали, средният от които (черната лента) е не-свързваща. Ако N = 4, се формират четири орбитали и се разделят тези с най-голям обвързващ характер и този с най-голям противозамръзващ характер..

Обхватът на енергията, с която разполагат молекулните орбитали, се разширява, тъй като металните атоми на кристала осигуряват техните орбитали. Това също води до намаляване на енергийното пространство между орбиталите до точката, в която те се кондензират в лента.

Тази група, съставена от орбитали, има области с ниска енергия (тези на зелени и жълти цветове) и висока енергия (оранжеви и червени цветове). Техните енергийни крайности имат ниска плътност; Въпреки това, повечето от молекулните орбитали (бяла ивица) са концентрирани в центъра.

Това означава, че електроните "тичат по-бързо" през центъра на лентата, отколкото в техните краища.

Ниво на Ферми

Това е най-високото енергийно състояние, заето от електрони в твърдо тяло при абсолютна нулева температура (T = 0 K).

След като лентата е построена, електроните започват да заемат всичките си молекулни орбитали. Ако металът има единичен валентен (и) електрон (и)¹), всички електрони в неговия кристал ще заемат половината от лентата.

Другата незаета половина е известна като движеща се лента, докато лентата, пълна с електрони, се нарича валентна.

В горното изображение А представлява типична валентна зона (синя) и проводима зона (бяла) за метал. Синкавата граница показва нивото на Ферми.

Тъй като металите също имат р-орбитали, те се комбинират по същия начин, за да създадат p-група (бяла).

В случая на метали, s и р ивиците са много близки по енергия. Това позволява тяхното припокриване, промотирайки електрони от валентната лента към проводимото пространство. Това се случва дори при температури малко над 0 K.

За преходните метали и от периода 4 надолу, също е възможно да се образуват ленти на.

Нивото на Ферми по отношение на проводимостта е много важно за определяне на електрическите свойства.

Например, метал Z с ниво на Ферми, много близък до зоната на проводимост (най-близката празна лента в енергията), има по-висока електропроводимост от X метал, при който нивото на Ферми е далеч от тази лента..

Полупроводници

Тогава електропроводимостта се състои от миграцията на електрони от валентна зона към зона на проводимост.

Ако енергийната разлика между двете ленти е много голяма, имаме изолиращо твърдо вещество (както при B). От друга страна, ако тази разлика е сравнително малка, твърдото тяло е полупроводник (в случая на С).

Изправени пред повишаване на температурата, електроните в валентната зона придобиват достатъчно енергия, за да мигрират към проводимата зона. Това води до електрически ток.

Всъщност, това е качество на твърди или полупроводникови материали: при стайна температура те са изолатори, но при високи температури са проводници.

Вътрешни и външни полупроводници

Вътрешните проводници са тези, в които енергийната разлика между валентната и проводима зона е достатъчно малка, така че топлинната енергия позволява преминаването на електрони..

От друга страна, външните проводници проявяват промени в техните електронни структури след допинг с примеси, които увеличават тяхната електрическа проводимост. Този примес може да бъде друг метал или неметален елемент.

Ако примесът има повече валентни електрони, той може да осигури донорна лента, която служи като мост за преминаване на електроните от валентната лента в проводима зона. Тези твърди вещества са полупроводници от n-тип. Тук руското наименование идва от "отрицателен".

В горното изображение донорната лента е илюстрирана в синия блок точно под задвижващата лента (Тип n).

От друга страна, ако примесът има по-малко валентни електрони, той осигурява акцепторна лента, която съкращава енергийната празнина между валентната лента и движещата лента..

Електроните първо мигрират към тази лента, оставяйки след себе си "положителни дупки", които се движат в обратна посока.

Тъй като тези положителни празнини отбелязват преминаването на електрони, твърдото вещество или материалът е полупроводник от р-тип..

Примери за приложна лентова теория

- Обяснете защо металите са ярки: техните мобилни електрони могат да абсорбират радиация в широк диапазон от дължини на вълните, когато скачат до по-високи енергийни нива. След това излъчват светлина, връщайки се към по-ниските нива на движещата лента.

- Кристалният силиций е най-важният полупроводников материал. Ако част от силиция е легирана със следи от елемент от група 13 (B, Al, Ga, In, Tl), тя се превръща в p-тип полупроводник. Докато, ако е допиран с елемент от група 15 (N, P, As, Sb, Bi), той се превръща в n-тип полупроводник.

- Светлинният диод (LED) е съвместен полупроводник p-n. Какво искаш да кажеш? Това, че материалът има и двата вида полупроводници, както n, така и p. Електроните мигрират от зоната на проводимост на полупроводника от n-тип, към валентната лента на p-тип полупроводник.

препратки

1. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. Химия. (8-мо изд.). CENGAGE Learning, стр. 486-490.
2. Shiver & Atkins. (2008 г.). Неорганична химия (Fourth edition., Стр. 103-107, 633-635). Mc Graw Hill.
3. Кораб С. Р. (2016). Теория на твърдите тела. Възстановен на 28 април 2018 г. от: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
4. Стив Корник (2011 г.). Преминаване от облигации към банди от гледна точка на химика. Възстановен на 28 април 2018 г. от: chembio.uoguelph.ca
5. Wikipedia. (2018). Външен полупроводник. Възстановен на 28 април 2018 г. от: en.wikipedia.org
6. Byju'S. (2018). Бандова теория на металите. Възстановен на 28 април 2018 г. от: byjus.com