Teorie pás pevných látek. Kvantová mechanika pro nechápavé

Tento článek vysvětluje, co teorie pásmo pevných látek. Zobrazeno, jaké to je důvod, proč se jedná o znázornění struktury hmoty. Výsledky kovů odlišných od dielektrika a polovodiče.

Růžice a Button

Kolikrát za den budeme klikněte na různých tlačítek? Nikdo ani nenapadlo, aby se nemůže počítat - se stal tak známý, že akce. A člověk nemyslí, že toto vše je možné jen díky, jak snadné to nese elektrický proud v kovech. Rozsvítit světlo, rychlovarná konvice, spustit pračku, nemluvě o akce na chytré telefony, znamená dokončit okruh a umožňuje elektrony ve vodiči pracovat namísto lidí. Vysvětlení těchto jevů, jako je sada vodivosti. Nejzřejmější, možná, je teorie pásmo pevných látek.

Atom a kotlíky

Každý, kdo byl na střední škole, má představu o struktuře atomu. Připomeňme kolem kladně nabitého jádra těžkého (se skládá z protonů a neutronů) otáčet plicích málo elektronů. Počet negativních částic přesně rovná počtu pozitivní. Aby nedošlo ke čtenářům vrtání, vysvětlete ve stylu „kvantové mechaniky pro nechápavé.“ Každý elektronový orbit je přísně omezen, za které se může otáčet kolem jádra v daném chemický prvek. Na druhé straně, každý druh má jedinečný vzorec atomy takové oběžné dráhy. Bylo tak spektroskopii vědci rozlišit bor od selenu a arsenu z sodíku. Nicméně, kromě čistých látek v přírodě, existuje nekonečné množství různých kombinací. Kvantová mechanika (pro Dummies, čtenář by si měl uvědomit) tvrdí, že v komplexních sloučenin dráhy protínají, sloučení, transformace, protáhl vytváření spojení. Jejich kvalita závisí na typu: kovalentní a iontové síly, atom vodíku, například, je slabší.

krystalová struktura

Pevné těleso je mnohem obtížnější. Pro model, který používá Pásová teorie pevných látek, obvykle se dokonalého krystalu. To znamená, že je nekonečný a bez hříchu - každý atom na své vlastní místo, celkový náboj je nulový. Jádro pohybovat kolem určité rovnovážné poloze, ale elektrony mohou celkově říci. V závislosti na tom, jak „snadno“ jeden atom daruje jeho přilehlých negativní částice, se získá pevně předem stanovený elektronovou strukturu dielektrik nebo kovů mrak. Měl bych dodat, že při zvažování, se předpokládá, že všechny elektrony zabírat minimální množství energie pro ně, což znamená, že tělo je na nule stupňů Kelvina. Při vyšších teplotách, je amplituda kmitání jako jádra a elektrony silně, a tudíž se tyto schopný zabírat vyšší energetické hladiny. Distribuce záporky stává „volný“. V některých problémů, je však důležité, pro popis tohoto jevu jako taková teplota není tak důležité.

Pauliho princip a nakladače

Koncept pásové teorie pevných látek lze dosáhnout jen dobré si uvědomit, co je Pauliho princip. Představíme-li si, že elektrony - pytel cukru, a pak, v případě těchto sáčků hodně, podmíněný nakladač budou ukládat na sebe. Každý „bag“ má své místo ve vesmíru. Pro elektrony, to znamená, že v daném stavu, může být pouze jeden v jednom systému. To je princip Pauliho vylučovací. Všimněte si, že máme na mysli ideální podmínky, tj teplotu nulové kelvinech a nekonečné krystal. Celý systém je ve stejných podmínek teploty, mechanického namáhání, defekty jsou stejné ve všech částech celku.

Elektronické krystaly zóna

V krystalu, množství jednoho typu atomů. Jeden mol látky obsahuje deset až dvacet třetí stupeň prvků. Kolik molů za kilogram, například sůl? Takže si můžete dokonce říci, že i ten nejmenší krystal obsahuje nepředstavitelně mnoho atomů. Každý chemický prvek má svůj vlastní vzor elektronových drahách, a co dělat v případě, že jsou v jednom těle málo? Koneckonců, v souladu s principem Pauli vyloučení, které musí zaujímat různé stavy. Pásová teorie pevných látek nabízí následující cestu - elektronové orbity stávají různé energie. Rozdíl mezi nimi je tak malé, že jsou lisovány, opírající se o sebe navzájem velmi pevně pro vytvoření kontinuálního zónu. Takže každá úroveň elektronu v atomu se převede do zóny v objemu krystalu. Prvky pásové teorie pevných látek mohou vysvětlit rozdíl mezi izolátorů a vodiči.

Elektronický uvnitř zóny

Už jsme diskutovali, co se děje s mnoha elektronů, které se v atomu zaujímají stejnou dráhu, tvorbu krystalu. Ale jejich chování uvnitř zóny, dokud jsme opustili nesvítí. Sdílet již důležitá, protože určuje rozdíl mezi kovy a nekovy. Jak již bylo uvedeno výše, teorie pásmo pevných látek ukazuje, že energetické hladiny uvnitř pásma jednotlivých atomů různé dráhy lišit tak málo, že téměř tvoří spojité spektrum. Tak, k překonání potenciální překážku mezi elektronu není obtížné - to je volně pohybuje, je to, stačí i teplo. Nicméně, každý z povolené pásma má své meze. Tam je vždy energetická hladina, která je vyšší nebo nižší než ostatní.

Valence zakázáno, vodivost

Mezi tyto zóny mají plochu energie, kde není na úrovni, při které elektron mohl být. V grafech, zobrazí se jako bílé mezery. A nazvala zakázané pásmo. K překonání této bariéry elektron může jen blbec. Takže, musí přijmout vhodná pro tuto energii. Zóna s největší energií, který je pro tento typ atomů dovoleno existenci elektronů se nazývá valenční pásmo, a po tom - vodivost.

kov dielektrikum

Vedení Pásová teorie pevných látek tvrdí, že přítomnost nebo nepřítomnost elektronů v pásmu vodivosti naznačuje, jak snadno protéká v této současné látky. Tak různé kovy a dielektrika. V prvním případě se vodivostního pásu již obsahuje elektrony, protože se překrývá s valencí. Prostředek negativní částice se mohou volně pohybovat v důsledku působení elektromagnetického pole, a to bez jakéhokoli dalšího přívodu energie. Proto je elektrický proud v kovech se zdá tak jednoduché, ve skutečnosti - okamžitě, jakmile na poli. A ze stejného důvodu, drát je vyroben z oceli, mědi, hliníku.

Materiály, jejichž pásmo vodivosti odděleny energeticky zvané dielektrika. Tyto elektrony jsou zachyceny na nižší úrovni povolené. Zakázaný pás odděluje negativní částice od úrovně, ve které by mohly volně pohybovat. A energie, která musí být nahlášena elektrony ji překonat, zničení materiálu. Nebo změnit jeho vlastnosti k nepoznání. Proto plastové fólie dráty se taví a hoří, avšak nevede elektrický proud.

polovodiče

Ale existuje střední třída materiálů, které mají bandgap, ale za určitých podmínek schopné vést elektrický proud. Nazývají se - polovodiče. Jako dielektrikum, mají mezeru energie mezi vedením a valencí. Nicméně, to je méně a překonat s trochou úsilí. Klasická polovodič je křemík (latinsky - Křemík). Slavný Silicon Valley je známý pro technologie založené na využití krystalů této látky je vytvoření elektronických zařízení.