Teória pás pevných látok. Kvantová mechanika pre nechápavo

Tento článok vysvetľuje, čo teória pásmo pevných látok. Zobrazené, aké to je dôvod, prečo sa jedná o znázornenie štruktúry hmoty. Výsledky kovov odlišných od dielektrika a polovodiče.

Ružice a Button

Koľkokrát za deň budeme kliknite na rôznych tlačidiel? Nikto ani nenapadlo, aby sa nemôže počítať - sa stal tak známy, že akcia. A človek nemyslí, že toto všetko je možné len vďaka, ako jednoduché to nesie elektrický prúd v kovoch. Rozsvietiť svetlo, rýchlovarná kanvica, spustiť práčku, nehovoriac o akcie na chytré telefóny, znamená dokončiť okruh a umožňuje elektróny vo vodiči pracovať namiesto ľudí. Vysvetlenie týchto javov, ako je sada vodivosti. Najvýraznejšie, možno, je teória pásmo pevných látok.

Atom a kotlíky

Každý, kto bol na strednej škole, má predstavu o štruktúre atómu. Pripomeňme okolo kladne nabitého jadra ťažkého (pozostáva z protónov a neutrónov) otáčať pľúcach málo elektrónov. Počet negatívnych častíc presne rovná počtu pozitívne. Aby nedošlo k čitateľom vŕtanie, vysvetlite v štýle "kvantovej mechaniky pre nechápavo." Každý elektrónový orbit je prísne obmedzený, za ktoré sa môže otáčať okolo jadra v danom chemický prvok. Na druhej strane, každý druh má jedinečný vzorec atómy takej obežnej dráhy. Bolo tak spektroskopiu vedci rozlíšiť bór od selénu a arzénu z sodíka. Avšak, okrem čistých látok v prírode, existuje nekonečné množstvo rôznych kombinácií. Kvantová mechanika (pre Dummies, čitateľ by si mal uvedomiť) tvrdí, že v komplexných zlúčenín dráhy pretínajú, zlúčenie, transformácia, pretiahol vytváranie spojenia. Ich kvalita závisí od typu: kovalentná a iónovej sily, atóm vodíka, napríklad, je slabšia.

kryštálová štruktúra

Pevné teleso je oveľa ťažšie. Pre model, ktorý používa Pásové teórie pevných látok, zvyčajne sa dokonalého kryštálu. To znamená, že je nekonečný a bez hriechu - každý atóm na svoje vlastné miesto, celkový náboj je nulový. Jadro pohybovať okolo určitej rovnovážnej polohe, ale elektróny môžu celkovo povedať. V závislosti na tom, ako "ľahko" jeden atóm daruje jeho priľahlých negatívne častice, sa získa pevne vopred stanovený elektrónovú štruktúru dielektrik alebo kovov mrak. Mal by som dodať, že pri zvažovaní, sa predpokladá, že všetky elektróny zaberať minimálne množstvo energie pre nich, čo znamená, že telo je na nule stupňov Kelvina. Pri vyšších teplotách, je amplitúda kmitania ako jadra a elektróny silne, a teda sa tieto schopný zaberať vyššej energetickej hladiny. Distribúcia záporkou stáva "voľný". V niektorých problémov, je však dôležité, pre opis tohto javu ako taká teplota nie je tak dôležité.

Pauliho princíp a nakladače

Koncept pásové teória pevných látok sa dá dosiahnuť len dobré si uvedomiť, čo je Pauliho princíp. Predstavíme Ak si, že elektróny - vrece cukru, a potom, v prípade týchto vrecúšok veľa, podmienečný nakladač budú ukladať na seba. Každý "bag" má svoje miesto vo vesmíre. Pre elektróny, to znamená, že v danom stave, môže byť iba jeden v jednom systéme. To je princíp Pauliho vylučovací. Všimnite si, že máme na mysli ideálne podmienky, tj teplotu nulové Kelvinoch a nekonečné kryštál. Celý systém je v rovnakých podmienkach teploty, mechanického namáhania, defekty sú rovnaké vo všetkých častiach celku.

Elektronické kryštály zóna

V kryštálu, množstvo jedného typu atómov. Jeden mol látky obsahuje desať až dvadsať tretí stupeň prvkov. Koľko molí za kilogram, napríklad soľ? Takže si môžete dokonca povedať, že aj ten najmenší kryštál obsahuje nepredstaviteľne veľa atómov. Každý chemický prvok má svoj vlastný vzor elektrónových dráhach, a čo robiť v prípade, že sú v jednom tele málo? Koniec koncov, v súlade s princípom Pauli vylúčenia, ktoré musia zaujímať rôzne stavy. Pásové teória pevných látok ponúka nasledujúce cestu - elektrónové orbity stávajú rôzne energie. Rozdiel medzi nimi je tak malé, že sú lisované, opierajúci sa o seba navzájom veľmi pevne pre vytvorenie kontinuálneho zónu. Takže každá úroveň elektrónu v atóme sa prevedie do zóny v objeme kryštálu. Prvky pásové teória pevných látok môžu vysvetliť rozdiel medzi izolátorov a vodičmi.

Elektronický vnútri zóny

Už sme diskutovali, čo sa deje s mnohými elektrónov, ktoré sa v atóme zaujímajú rovnakú dráhu, tvorbu kryštálu. Ale ich správanie vnútri zóny, kým sme opustili nesvieti. Zdieľať už dôležitá, pretože určuje rozdiel medzi kovy a nekovy. Ako už bolo uvedené vyššie, teória pásmo pevných látok ukazuje, že energetické hladiny vnútri pásma jednotlivých atómov rôzne dráhy líšiť tak málo, že takmer tvorí spojité spektrum. Tak, na prekonanie potenciálnu prekážku medzi elektrónu nie je ťažké - to je voľne pohybuje, je to, stačí aj teplo. Avšak, každý z povolenej pásma má svoje medze. Tam je vždy energetická hladina, ktorá je vyššia alebo nižšia než ostatní.

Valence zakázané, vodivosť

Medzi tieto zóny majú plochu energie, kde nie je na úrovni, pri ktorej elektrón mohol byť. V grafoch, zobrazí sa ako biele medzery. A nazvala zakázané pásmo. Na prekonanie tejto bariéry elektrón môže len blbec. Takže, musí prijať vhodné pre túto energiu. Zóna s najväčšou energiou, ktorý je pre tento typ atómov dovolené existenciu elektrónov sa nazýva valenčné pásmo, a po tom - vodivosť.

kov dielektrikum

Vedenie Pásové teória pevných látok tvrdia, že prítomnosť alebo neprítomnosť elektrónov v pásme vodivosti naznačuje, ako ľahko preteká v tejto súčasnej látky. Tak rôzne kovy a dielektrika. V prvom prípade sa vodivostného pásu už obsahuje elektróny, pretože sa prekrýva s valenciou. Prostriedok negatívne častice sa môžu voľne pohybovať v dôsledku pôsobenia elektromagnetického poľa, a to bez akéhokoľvek ďalšieho prívodu energie. Preto je elektrický prúd v kovoch sa zdá tak jednoduché, v skutočnosti - okamžite, akonáhle na poli. A z rovnakého dôvodu, drôt je vyrobený z ocele, medi, hliníka.

Materiály, ktorých pásmo vodivosti oddelené energeticky zvanej dielektrika. Tieto elektróny sú zachytené na nižšej úrovni povolenej. Zakázaný pás oddeľuje negatívny častice od úrovne, v ktorej by mohli voľne pohybovať. A energia, ktorá musí byť nahlásená elektróny ju prekonať, zničenie materiálu. Alebo zmeniť jeho vlastnosti na nepoznanie. Preto plastovej fólie drôty sa taví a horí, avšak nevedie elektrický prúd.

polovodiče

Ale existuje stredná trieda materiálov, ktoré majú bandgap, ale za určitých podmienok schopné viesť elektrický prúd. Nazývajú sa - polovodiče. Ako dielektrikum, majú medzeru energie medzi vedením a valenciou. Avšak, to je menej a prekonať s trochou úsilia. Klasická polovodič je kremík (latinsky - Kremík). Slávny Silicon Valley je známy pre technológie založené na využití kryštálov tejto látky je vytvorenie elektronických zariadení.