De bandentheorie vaste stof. Quantum Mechanics voor Dummies

In dit artikel wordt uitgelegd wat de band theorie van de vaste stoffen. Getoond, wat is de reden waarom het is een weergave van de structuur van de materie. De resultaten van metalen anders dan diëlektrische en halfgeleiders.

Rosette en Button

Hoeveel keer per dag dat we op de verschillende knoppen zal klikken? Niemand dacht zelfs te komen kan niet tellen - is zo bekend geworden dat actie. En de mens denkt niet dat dit alles is alleen mogelijk dankzij hoe makkelijk het is het dragen van een elektrische stroom in metalen. Doe het licht aan, kook waterkoker, de wasmachine draait, niet om de acties op smartphones te noemen, betekent completeren het circuit en laat de elektronen in de geleiders te werken in plaats van mensen. Uitleg verschijnselen zoals de geleidbaarheid set. Het duidelijkste is misschien de bandentheorie vaste stof.

Atom en waterkokers

Iedereen die op de middelbare school, heeft een idee van de structuur van het atoom. Herinneren rond een positief geladen zware kern (uit protonen en neutronen) roteren longen weinig elektronen. Aantal negatieve deeltjes precies gelijk aan het aantal positief. Om niet te vervelen lezers, uit te leggen in de stijl van "Quantum Mechanics voor Dummies." Elke elektron baan is strikt beperkt, die kan roteren om de kern in een gegeven chemisch element. Op zijn beurt, elke soort heeft een uniek patroon atomen dergelijke banen. Het was zo spectroscopists wetenschappers onderscheiden boor uit seleen en arseen uit natrium. Echter, in aanvulling op de zuivere stoffen in de natuur, zijn er een oneindig aantal verschillende combinaties. Kwantummechanica (voor Dummies, de lezer moet niet vergeten) stelt dat in complexe verbindingen banen kruisen, samen te voegen, te transformeren, uitgerekt, het maken van een verbinding. Het is afhankelijk van de soort: covalente en ionische sterker waterstof, bijvoorbeeld zwakker.

kristalstructuur

Het vaste lichaam is moeilijker. Voor het model, waarin de band theorie van vaste stoffen gebruikt, meestal een perfect kristal. Dat betekent dat het eindeloos en zonder zonde - elk atoom op zijn plaats, de totale lading nul is. Kernel schommelen rond een bepaalde evenwichtsstand, maar de elektronen algemene zeggen. Afhankelijk van hoe "easy" een atoom doneert de aangrenzende negatieve deeltjes wordt verkregen star voorafbepaalde elektronische structuur van diëlektrische of metaal cloud. Ik wil zeggen dat bij de behandeling wordt verondersteld dat de elektronen de minimale hoeveelheid energie te bezetten, waardoor het lichaam op nul Kelvin. Bij hogere temperaturen, de amplitude van oscillatie als kernen en de elektronen sterk en dus deze kunnen hogere delen en energieniveaus. Negatieve deeltjes distributie steeds "los". In sommige problemen is het echter belangrijk om dit fenomeen te beschrijven als zodanig temperatuur niet zo belangrijk.

Pauliprincipe en de lader

Het concept van de band theorie van de vaste stoffen kan worden bereikt alleen maar goed naar wat de Pauliprincipe herinneren. Als we ons voorstellen dat de elektronen - een zak suiker, dan, als deze zakken veel voorwaardelijke loader zullen zij opleggen aan elkaar. Elke "zak" neemt zijn plaats in de ruimte. Elektronen, betekent dit dat in een bepaalde toestand slechts één kan in één systeem. Dit is het Pauli principe. Merk op dat we in gedachten hebben de ideale omstandigheden, dat wil zeggen de temperatuur van nul Kelvin, en de oneindige kristal. Het hele systeem in dezelfde omstandigheden van temperatuur, mechanische spanning, gebreken hetzelfde in alle delen van een geheel.

Electronic kristallen zone

In het kristal, een veelvoud van één soort atomen. Een mol substantie een tien tot vierentwintig derdegraads elementen. Hoeveel mol per kilogram, bijvoorbeeld zout? Dus je kunt zelfs zeggen dat zelfs de kleinste kristallen bevat onvoorstelbaar veel atomen. Elk chemisch element heeft zijn eigen patroon van elektronen banen, en wat te doen als ze in één lichaam een paar? Immers, volgens het Pauli principe, moeten ze verschillende staten te bezetten. Band theorie van vaste stoffen biedt de volgende manier - de elektronen banen worden verschillende energieën. Het verschil is zo klein dat ze worden ingedrukt, leunend op elkaar zeer strak om een continue zone vormen. Aldus wordt elk niveau van de elektronen in het atoom omgezet in een gebied in de bulk kristal. Elementen van de band theorie van de vaste stoffen kan helpen verklaren het verschil tussen de isolatoren en geleiders.

Electronic binnen de zone

We hebben al gesproken over wat er gebeurt met veel van elektronen, die in een atoom dezelfde baan, de vorming van het kristal te bezetten. Maar hun gedrag binnen de zone totdat we vertrokken zonder verlichting. Deel dit al belangrijk omdat het het verschil tussen metalen en niet-metalen bepaalt. Zoals hierboven reeds vermeld, de bandentheorie vaste stoffen blijkt dat de energieniveaus in de band van individuele atomen verschillende banen verschillend zo weinig dat bijna een continue spectrum. Dus om de potentiaalbarrière tussen het elektron overwinnen is niet moeilijk - het hen vrij beweegt, hiervoor voldoende gelijkmatige warmte. Elk van de toegestane band heeft zijn grenzen. Er is altijd een energieniveau dat hoger of lager is dan de anderen.

Valence verboden, geleidbaarheid

Tussen deze zones een energiegebied, waar geen niveau waarop een elektron zou kunnen zijn. In de grafieken blijkt als een witte spleet. En zij noemde de band gap. Deze barrière elektron kan alleen jerk overwinnen. Dus moet hij geschikt voor deze energie te ontvangen. De zone met de grootste energie, die voor dit type toegestane atomen bestaan van elektronen wordt de valentieband en na het - geleiding.

Metal diëlektrische

Geleidingsband theorie vaste stoffen stelt dat de aanwezigheid of afwezigheid van elektronen in de geleidingsband aangeeft hoe gemakkelijk vloeit deze stroom substantie. Aldus verschillende metalen en diëlektrische. In het eerste geval, de geleidingsband bevat reeds elektronen, aangezien overlapt valentie. Een manier negatieve deeltjes vrij bewegen onder invloed van het elektromagnetische veld, zonder extra energietoevoer. Daarom is de elektrische stroom in metalen lijkt zo gemakkelijk, zelfs - direct, zodra het veld. Om dezelfde reden is de draad uit staal, koper, aluminium.

Materialen waarvan de Geleidingsband gescheiden door een energie genaamd diëlektrica. Deze elektronen worden gevangen in het lagere niveau toegelaten. Bandafstand scheidt de negatieve deeltjes vanaf het niveau waarin ze zich vrij konden bewegen. En de energie die moet worden gemeld aan de elektronen om het te overwinnen, het materiaal te vernietigen. Of verander de eigenschappen onherkenbaar. Daarom plasticfolie draden smelt en brandwonden, maar niet elektrisch geleidend.

halfgeleiders

Maar er is een tussenklasse materialen die een bandgap, maar onder bepaalde omstandigheden in staat zijn die elektrische stroom. Ze worden genoemd - halfgeleiders. Zoals het diëlektricum, ze hebben een bandafstand tussen de geleiding en valentie. Het is echter minder en overwinnen met enige moeite. Klassieke halfgeleider silicium (in het Latijn - Silicium). De beroemde Silicon Valley staat bekend om technologieën gebaseerd op het gebruik van kristallen van deze stof is om elektronische apparaten te creëren.