Hva er bandteori?

Hva er bandteori?

Struktur av energibånd for et metallisk natriumglass. Pilene representerer elektronene. Hvert natriumatom har 11 elektroner. 10 av dem er i interne orbitaler, og det eneste elektronet i Valencia ligger i Valencia -båndet, mens kjørebåndet er tomt

De Bandteori Det brukes til å forklare hvordan metallatomer binder seg til hverandre og hvorfor de er så gode strømledere mens andre materialer er isolerende. Med andre ord, Det er en teori som forklarer hvordan den metalliske lenken fungerer.

I ethvert stykke metall, som i en spiker eller i et stykke kobberkabel, er for eksempel atomene veldig nærme og veldig nær hverandre.

I følge teorien om band, på grunn av denne nærheten, er dens atomiske orbitaler (stedet der elektronene deres blir funnet) blandet for å danne en enkelt gigantisk orbital som ligner et "band" mer enn en orbital enn en orbital.

Når dette skjer, dannes to band i utgangspunktet som er Valencia Band og Driving Band (det er grunnen til at flertall i bandteorien).

Valencia -bandet

Dette båndet er dannet av kombinasjonen av Valencia -orbitalene til hvert atom. Dette er de siste orbitalene som er okkupert av elektroner i hvert enkelt atom.

Valencia -båndet er stedet der elektronene til et metall er plassert når atomene er avslappet. Det vil si når de ikke har blitt begeistret av anvendelsen av et elektrisk potensial, for eksempel.

Kjørebåndet

Kjørebåndet er dannet av kombinasjonen av de første ledige eller tomme orbitalene til hvert atom. Vanligvis dannes kjørebåndet av p eller d orbitaler som overlapper hverandre med hverandre. Dette gir opphav til et bånd som ligner en motorvei som går gjennom rommet som er over og under lagene med atomer.

Kan tjene deg: svake baser

Når et elektron kommer inn i kjørelaget, sies det at det er "demokalisert", siden det kan flyttes fritt fra et sted til et annet, og ikke er plassert rundt noe bestemt atom.

En nyttig analogi

For bedre å forstå hva strukturen til båndene som er dannet i metaller er, er det praktisk å bruke noen analogier.

Vi kan forestille oss et fast stoff av et hvilket.

Et fast stoff kan tenkes som en leilighetsbygning der hver leilighet er et atom, og elektronene som finnes i dem, kan flytte fra en leilighet til en annen

I en Ikke -ledende materiale, Alle elektronene er plassert rundt sitt respektive atom. Dette er det samme som å si at hver leilighet er stengt og elektronene ikke står fritt til å flytte fra en "leilighet" til en annen (det vil si fra et atom til et annet), ganske enkelt fordi det kreves mye energi for å åpne alle dørene og gå ut.

På den annen side, i en Ledende materiale Som et metall er ting veldig annerledes. Atomene er så nær hverandre, at orbitalene deres (rommene) kombineres med hverandre for å danne en enkelt gigantisk orbital. Dette vil være som å banke alle veggene på et gulv og lage et enkelt fellesrom fullt av senger.

Dette gigantiske rommet vil være ekvivalent med "Valencia Band”, Der elektronene er i sine respektive senger, men alle er i samme rom. I tillegg til å danne dette rommet, rett ved siden av, kan du få en bred hall som elektroner kan bruke til å flytte fra et sted til et annet.

Det kan tjene deg: kvikksølvklorid (ii): struktur, egenskaper, innhenting, bruk

Denne store korridoren representerer det vi kaller "kjøreband"". Når elektronene er i hallen, er de ikke lokalisert i noe bestemt atom (de blir demosert) og kan flyttes fritt fra et sted til et annet uten problemer.

Elektrisk ledning og bandteori

Når dannelsen av Valencia og kjøreband er forstått, er det lett å forstå hvorfor noen materialer er gode sjåfører og hvorfor andre ikke gjør det.

Nøkkelen til elektrisk ledning er hvor vanskelig det er å flytte eller begeistre elektronene som finnes i Valencia -båndet til kjørebåndet.

Dette avhenger bare av hvor nært energinivået til begge bandene er. Avhengig av denne energiforskjellen, kan tre typer materialer skilles ut:

Ledende materialer

Ledende materialer, for eksempel metaller, er preget av å ha Valencia og kjøre band praktisk talt sammen Og nesten uten energiforskjell mellom det ene og det andre.

Dette betyr at den minimale eksitens.

I følge den nevnte analogien, vil dette være som å si at det nesten ikke er noe å skille fellesrommet (Valencia Band) fra The Hall (The Driving Band). Av denne grunn kan et elektron lett nå hallen, uten noen dør som forhindrer passasjen.

Et rom uten vegger og med mange senger, er et bilde som ligner på Valencia -båndet som er dannet i et metall. Elektroner kan lett passere fra et sted til et annet gjennom hallene, som tilsvarer kjørebåndet

Ikke -ledende eller isolerende materialer

Hva som skjer med materialer som plast eller tre som ikke utfører strøm? I tilfeller av isolerende materialer har Valencia -båndet og kjørebåndet veldig store energiforskjeller.

Kan tjene deg: kalorimeter

Dette betyr at for å ta et elektron fra Valencia -laget til kjøring.

I bygningsanalogien kan dette sees på at elektroner må gå gjennom mange lukkede dører for å komme ut av rommene sine til gangen. De er bokstavelig talt fanget i sine respektive atomer.

Halvledermaterialer

Mellom ledende og ikke -ledende materialer kan vi finne en tredje gruppe materialer som kalles halvledere.

I disse materialene er ikke Valencia og kjørebånd ved siden av det andre som i ledende materialer, så det er et energigap som elektroner må overvinne for å kunne passere til kjørebåndet. Imidlertid er dette gapet eller energiforskjellen ikke så høy som for ikke -ledende materialer.

Energigapet mellom de to båndene lar ikke disse materialene drive strøm ved lave temperaturer. Imidlertid, når temperaturen økes, er energien til vibrasjonene til atomene tilstrekkelig til å begeistre noen elektroner til drivbåndet, slik at materialet kan utføre strøm.

Ettersom disse materialene noen ganger er isolerende og noen ganger er de ledere, så kalles de halvledermaterialer. Noen eksempler på denne typen materialer er silisium, gallium og selen.