Vad är bandteori?

Vad är bandteori?

Struktur av energiband för ett metalliskt natriumglas. Pilarna representerar elektronerna. Varje natriumatom har 11 elektroner. 10 av dem är i interna orbitaler, och den enda elektronen i Valencia ligger i Valencia -bandet, medan drivbandet är tomt

De Bandteori Det används för att förklara hur metallatomer binder till varandra och varför de är så bra elektricitetsledare medan andra material är isolerande. Med andra ord, Det är en teori som förklarar hur den metalliska länken fungerar.

I någon metallbit, som i en spik eller i en bit kopparkabel, till exempel är atomerna mycket nära och mycket nära varandra.

Enligt bandens teori, på grund av denna närhet, blandas dess atomiska orbitaler (platsen där deras elektroner finns) för att bilda en enda jättebana som liknar ett "band" mer än en orbital än en orbital.

När detta händer bildas två band i princip som är Valencia -bandet och drivbandet (varför Plural in Band Theory).

Valencia -bandet

Detta band bildas av kombinationen av Valencia -orbitalerna i varje atom. Dessa är de sista orbitalerna som är ockuperade av elektroner i varje individ.

Valencia -bandet är platsen där elektronerna i en metall finns när atomerna är avslappnade. Det vill säga när de inte har varit upphetsade av tillämpningen av en elektrisk potential, till exempel.

Drivbandet

Körbandet bildas av kombinationen av de första oupptagna eller tomma orbitalerna i varje atom. Vanligtvis bildas drivbandet av P- eller D -orbitaler som överlappar varandra. Detta ger upphov till ett band som liknar en motorväg som passerar genom utrymmet som är över och under lagren av atomer.

Kan tjäna dig: svaga baser

När en elektron kommer in i körskiktet sägs det att det är "demokaliserat", eftersom det kan flyttas fritt från en plats till en annan och inte ligger runt någon speciell atom.

En användbar analogi

För att bättre förstå vad strukturen för de band som bildas i metaller är, är det bekvämt att använda vissa analogier.

Vi kan föreställa oss ett fast ämne som om det var en byggnad där varje lägenhet representerar en atom, och inuti varje lägenhet kan rummen med deras respektive säng ses som orbitalerna där elektronerna bor.

Ett fast ämne kan föreställas som en hyreshus där varje lägenhet är en atom, och elektronerna som finns i dem, kan flytta från en lägenhet till en annan

I en Icke -ledarmaterial, Alla elektroner finns runt deras respektive atom. Detta är detsamma som att säga att varje lägenhet är stängd och elektronerna inte är fria att flytta från en "lägenhet" till en annan (det vill säga från en atom till en annan), helt enkelt för att mycket energi krävs för att öppna alla dörrar och gå ut.

Å andra sidan, i en Ledande material Som en metall är saker mycket annorlunda. Atomerna är så nära varandra, att deras orbitaler (rummen) kombineras med varandra för att bilda en enda jätte orbital. Detta skulle vara som att slå alla väggarna på ett golv och göra ett enda gemensamt rum fullt av sängar.

Detta jätteum skulle motsvara ""Valencia band”, Där elektronerna är i sina respektive sängar, men alla är i samma rum. Förutom att bilda detta rum, precis intill det kan du få en bred hall som elektroner kan använda för att flytta från en plats till en annan.

Det kan tjäna dig: kvicksilverklorid (ii): struktur, egenskaper, erhållning, användningar

Denna stora korridor representerar det vi kallar "drivband". När elektronerna är i hallen är de inte belägna i någon speciell atom (de demokeras) och kan flyttas fritt från en plats till en annan utan problem.

Elektrisk ledning och bandteori

När bildningen av Valencia och körband förstås är det lätt att förstå varför vissa material är bra förare och varför andra inte gör det.

Nyckeln till elektrisk ledning är hur svårt det är att flytta eller locka de elektroner som finns i Valencia -bandet till körbandet.

Detta beror bara på hur nära energinivåerna för båda banden är. Beroende på denna energiskillnad kan tre typer av material särskiljas:

Ledande material

Ledande material, såsom metaller, kännetecknas av att ha Valencia och körband praktiskt taget tillsammans Och nästan utan energiskillnad mellan den ena och den andra.

Detta innebär att den minimala exciterar.

Enligt den ovannämnda analogin skulle detta vara som att säga att det nästan inte finns något som skiljer det gemensamma rummet (Valencia -bandet) från hallen (The Driving Band). Av denna anledning kan en elektron enkelt nå hallen utan någon dörr som förhindrar att det passerar.

Ett rum utan väggar och med många sängar är en bild som liknar Valencia -bandet som bildas i en metall. Elektroner kan enkelt passera från en plats till en annan genom hallarna, vilket motsvarar körbandet

Icke -ledare eller isolerande material

Vad händer med material som plast eller trä som inte utför elektricitet? I fall av isoleringsmaterial har Valencia -bandet och drivbandet mycket stora energidifferenser.

Kan tjäna dig: kalorimeter

Detta innebär att för att ta en elektron från Valencia -skiktet till körning.

I byggnadsanalogin kan detta ses eftersom elektroner måste gå igenom många stängda dörrar för att komma ut ur sina rum till korridoren. De är bokstavligen fångade i sina respektive atomer.

Halvledarmaterial

Mellan de ledande och icke -ledande materialen kan vi hitta en tredje grupp av material som kallas halvledare.

I dessa material är Valencia och drivande band inte bredvid de andra som i det ledande materialen, så det finns ett energigap som elektroner måste övervinna för att kunna passera till körbandet. Emellertid är detta gap eller energiskillnad inte så hög som i fallet med icke -ledande material.

Energiklyftan mellan de två banden tillåter inte dessa material att driva elektricitet vid låga temperaturer. Men när temperaturen ökas är energi från atomernas vibrationer tillräcklig för att väcka vissa elektroner till körbandet, så att materialet kan utföra elen.

Eftersom dessa material ibland är isolerande och ibland är ledare, kallas de halvledarmaterial. Några exempel på denna typ av material är kisel, gallium och selen.