ТЕОРИЯ НА ЛЕНТИТЕ: МОДЕЛ И ПРИМЕРИ - ХИМИЯ - 2025

Band теория е този, който определя електронната структура на твърдото вещество като цяло. Може да се прилага върху всякакъв вид твърдо вещество, но именно в металите се отразяват най-големите му успехи. Според тази теория металната връзка е резултат от електростатичното привличане между положително заредените йони и подвижните електрони в кристала.

Следователно металическият кристал има "море от електрони", което може да обясни неговите физични свойства. Изображението по-долу илюстрира металната връзка. Лилавите точки на електроните се делокализират в море, което заобикаля положително заредените метални атоми.

„Морето от електрони“ се формира от отделните приноси на всеки метален атом. Тези входове са вашите атомни орбитали. Металните конструкции обикновено са компактни; колкото по-компактни са те, толкова по-големи са взаимодействията между техните атоми.

Следователно техните атомни орбитали се припокриват, за да генерират много тесни молекулни орбитали в енергията. Морето от електрони тогава не е нищо повече от голям набор от молекулярни орбитали с различни диапазони на енергии. Обхватът на тези енергии съставлява това, което е известно като енергийни ленти.

Тези ленти присъстват във всички области на кристала, поради което той се разглежда като цяло и оттам идва определението на тази теория.

Модел на енергийна лента

Когато s орбиталата на метален атом взаимодейства с тази на своя съсед (N = 2), се образуват две молекулярни орбитали: една на връзка (зелена лента) и друга на анти-връзка (тъмночервена лента).

Ако N = 3, сега се образуват три молекулярни орбитали, от които средната (черна лента) е несвързваща. Ако N = 4, се образуват четири орбитали, а тази с най-висок характер на свързване и тази с най-висок характер на свързване се разделят допълнително.

Обхватът на енергията, наличен за молекулните орбитали, се разширява, тъй като металните атоми в кристала допринасят за техните орбитали. Това също води до намаляване на енергийното пространство между орбиталите до степен, в която те се кондензират в лента.

Тази лента, съставена от s орбитали, има области с ниска енергия (оцветени в зелено и жълто) и висока енергия (оцветени в оранжево и червено). Енергийните му крайности имат ниска плътност; обаче в центъра по-голямата част от молекулярните орбитали са концентрирани (бяла лента).

Това означава, че електроните „бягат по-бързо“ през центъра на лентата, отколкото през нейните краища.

Ниво на Ферми

Тогава електрическата проводимост се състои в миграцията на електрони от валентна лента към проводима лента.

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

Когато температурата се повиши, електроните във валентната лента придобиват достатъчно енергия, за да мигрират към лентата на проводимост. Това води до електрически ток.

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

Вътрешни и външни полупроводници

Вътрешните проводници са тези, при които енергийната пропаст между валентната зона и лентата на проводимост е достатъчно малка, за да може топлинната енергия да премине през нея.

От друга страна, външните проводници проявяват промени в своите електронни структури след допинг с примеси, които увеличават електрическата им проводимост. Това 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 електрони от валентната лента в проводната зона. Тези твърди вещества са полупроводници от n тип. Тук името n идва от „отрицателен“.

На горното изображение донорната лента е илюстрирана в синия блок точно под лентата на проводимост (Тип n).

От друга страна, ако примесът има по-малко валентни електрони, той осигурява акцепторна лента, която скъсява енергийната празнина между валентната лента и лентата на проводимост.

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

Тъй като тези положителни отвори маркират преминаването на електрони, твърдото вещество или материалът е полупроводник от тип p.

Примери за приложна теория на лентите

- Обяснете защо металите са лъскави: техните подвижни електрони могат да абсорбират радиация в широк диапазон от дължини на вълните, когато скочат към по-високи енергийни нива. След това излъчват светлина, връщайки се към по-ниски нива на проводимата лента.

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

- Светодиодът е LED полупроводник. Какво означава? Че материалът има и двата типа полупроводници, и n, и p. Електрони мигрират от лентата на проводимост на полупроводника от n-тип към валентната лента на полупроводника p-тип.

Препратки

1. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. Химия. (8-мо изд.). CENGAGE Learning, стр. 486-490.
2. Шивър и Аткинс. (2008 г.). Неорганична химия. (Четвърто издание., Стр. 103-107, 633-635). Mc Graw Hill.
3. Nave CR (2016). Теория на твърдите тела. Произведено на 28 април 2018 г. от: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
4. Стив Корнич. (2011 г.). Преминаване от облигации към групи от гледна точка на химика. Произведено на 28 април 2018 г. от: chembio.uoguelph.ca
5. Wikipedia. (2018). Външен полупроводник. Произведено на 28 април 2018 г. от: en.wikipedia.org
6. BYJU-те години. (2018). Теория на лентите на металите. Произведено на 28 април 2018 г. от: byjus.com