Die band teorie van vaste stowwe. Kwantummeganika vir Dummies

Hierdie artikel verduidelik wat die band teorie van vaste stowwe. Getoon, wat dit is die rede waarom dit is 'n voorstelling van die struktuur van materie. Resultate van metale anders as diëlektrika en halfgeleiers.

Rosette en Button

Hoeveel keer per dag ons op die verskillende knoppies sal klik? Niemand selfs gedink om te kom kan nie tel nie - het so bekend geword het dat die aksie. En die mens nie dink dat dit alles is slegs moontlik danksy hoe maklik dit is die uitvoering van 'n elektriese stroom in metale. Draai op die lig, kook ketel, hardloop die wasmasjien, nie om die optrede op slimfone te noem, beteken voltooi die kring en stel die elektrone in die dirigente te werk in plaas van mense. Verduideliking van verskynsels soos die geleiding stel. Die mees voor die hand, miskien, is die band teorie van vaste stowwe.

Atoom en ketels

Almal wat in die hoërskool was, het 'n idee van die struktuur van die atoom. Onthou om 'n positief gelaaide swaar kern (bestaan uit protone en neutrone) draai longe min elektrone. Aantal negatiewe deeltjies presies gelyk is aan die aantal positiewe. Om nie te verveel lesers, verduidelik in die styl van "Kwantummeganika vir Dummies." Elke elektron wentelbaan is streng beperk, waarvoor dit kan draai rondom die kern in 'n gegewe chemiese element. Op sy beurt het elke spesie het 'n unieke patroon atome so wentel. Dit is so spectroscopists wetenskaplikes onderskei boor van selenium en arseen uit natrium. Maar bo en behalwe die suiwer stowwe in die natuur, daar is 'n oneindige aantal van verskillende kombinasies. Kwantummeganika (Vir Dummies, die leser moet onthou) voer aan dat in komplekse verbindings bane sny, saam te smelt, herskep gestrek, die skep van 'n verband. Hul gehalte hang af van die tipe: kovalente en ioniese sterker, waterstof, byvoorbeeld, is swakker.

kristalstruktuur

Die soliede liggaam is moeiliker. Vir die model, wat die band teorie van vaste stowwe gebruik, gewoonlik 'n perfekte kristal. Dit beteken dat dit is eindeloos en sonder sonde - elke atoom op sy eie plek, die totale lading is nul. Kern wissel rondom 'n bepaalde posisie van balans, maar die elektrone kan algehele sê. Afhangende van hoe "maklik" een atoom skenk die aanliggende negatiewe deeltjies, is dit verkry streng voorafbepaalde elektroniese struktuur van diëlektrika of metale wolk. Ek moet byvoeg dat by die oorweging is dit aanvaar dat al die elektrone die minimum hoeveelheid energie te beset om hulle, wat beteken dat die liggaam is op nul Kelvin. By hoër temperature, die amplitude van ossilasie as die kerne en die elektrone sterk en dus die laasgenoemde in staat is om hoër te beset energievlakke. Negatiewe deeltjies verspreiding raak meer "los". In 'n paar probleme, is dit egter belangrik om hierdie verskynsel te beskryf as sodanig temperatuur is nie so belangrik.

Pauli beginsel en die loader

Die konsep van die band teorie van vaste stowwe kan bereik net goed na wat die Pauli beginsel onthou. As ons dink dat die elektrone - 'n sak van suiker, dan, as hierdie sakke baie, voorwaardelike loader sal hulle lê op mekaar. Elke "sak" neem sy plek in die ruimte. Vir elektrone, beteken dit dat in 'n gegewe staat net een kan wees in een stelsel. Dit is die Pauli uitsluitingsbeginsel. Let daarop dat ons in gedagte het die ideale toestande, dws die temperatuur van nul Kelvin, en die oneindige kristal. Die hele stelsel is in dieselfde toestande van temperatuur, meganiese spanning, defekte is dieselfde in alle dele van 'n geheel.

Elektroniese kristalle sone

In die kristal, 'n pluraliteit van 'n tipe van atome. Een mol van 'n stof bestaan uit 'n tien-en-twintig derdegraadse elemente. Hoeveel mol per kilogram, byvoorbeeld, sout? Sodat jy kan selfs sê dat selfs die kleinste kristal bevat onvoorstelbaar baie atome. Elke chemiese element het sy eie patroon van elektron wentel, en wat om te doen indien hulle in een liggaam 'n paar? Na alles, volgens die uitsluiting Pauli, hulle moet verskillende lande beset. Band teorie van vaste stowwe bied die volgende manier - die elektron wentel word verskillende energie. Die verskil tussen hulle is so klein dat hulle gedruk word, leun op mekaar baie styf om 'n deurlopende zone te vorm. So, is elke vlak van die elektron in die atoom omskep in 'n sone in die grootmaat kristal. Elemente van bandteorie van vaste stowwe kan help om te verduidelik wat die verskil tussen isolators en dirigente.

Elektroniese binne die sone

Ons het reeds bespreek wat gebeur met 'n baie elektrone, wat in 'n atoom dieselfde wentelbaan, die vorming van die kristal beset. Maar hul gedrag binne die sone totdat ons vertrek unlit. Deel hierdie reeds belangrik omdat dit die verskil tussen metale en nie-metale bepaal. Soos hierbo reeds genoem, die band teorie van vaste stowwe toon dat die energie vlakke binne die band van individuele atome verskillende bane verskil so klein dat byna vorm 'n aaneenlopende spektrum. Dus, om die potensiaal versperring tussen die elektron te oorkom is nie moeilik - dit hulle beweeg vrylik, want dit is genoeg selfs hitte. Maar elkeen van die toegelate groep het sy grense. Daar is altyd 'n energie vlak wat hoër of laer as die ander.

Valence verbied, geleiding

Tussen hierdie gebiede het 'n oppervlakte van energie, waar daar geen vlak waarop 'n elektron kan wees. In die grafieke blyk dit as 'n wit gaping. En sy het die band gaping. Om hierdie struikelblok elektron kan net stoot oorkom. So, moet hy geskik is vir hierdie energie ontvang. Die sone met die grootste energie, wat vir hierdie tipe van atome toegelaat bestaan van elektrone genoem word die valensieband en volgende dit - geleiding.

Metal diëlektriese

Geleidingsband teorie van vaste stowwe hou vol dat die teenwoordigheid of afwesigheid van elektrone in die geleidingsband dui aan hoe maklik vloei in hierdie huidige stof. So verskillende metale en diëlektrika. In die eerste geval, die geleidingsband bevat reeds elektrone, aangesien oorvleuel met valensie. A middel negatiewe deeltjies is vry om te beweeg onder die optrede van die elektromagnetiese veld, sonder enige bykomende energie insette. Daarom is die elektriese stroom in metale verskyn so maklik nie, in werklikheid - onmiddellik, so gou as die veld. En om dieselfde rede, die draad is gemaak van staal, koper, aluminium.

Materiaal waarvoor die valensie en geleiding bands geskei deur 'n energie genoem diëlektrika. Hierdie elektrone word vasgevang in die laer vlak toegelaat. Bandgaping skei die negatiewe deeltjies van die vlak waarop hulle rond vrylik kan beweeg. En die energie wat moet gerapporteer word aan die elektrone om dit te bowe te kom, die materiaal te vernietig. Of verander sy eienskappe onherkenbaar. Daarom, plastiek drade smelt en brandwonde, maar nie elektrisiteit nie.

halfgeleiers

Maar daar is 'n intermediêre klas van materiaal wat 'n bandgaping het, maar onder sekere omstandighede in staat is om die uitvoer van elektriese stroom. Hulle word genoem - halfgeleiers. Soos die diëlektriese, hulle het 'n energie gaping tussen die geleiding en valensie. Dit is egter minder en oorkom met 'n paar pogings. Klassieke halfgeleier is silikon (in Latyns - Silikon). Die beroemde Silicon Valley is bekend vir tegnologie wat gebaseer is op die gebruik van kristalle van hierdie stof is om elektroniese toestelle te skep.