Η θεωρία μπάντα των στερεών. Κβαντομηχανική για τα ομοιώματα

Αυτό το άρθρο εξηγεί ποια είναι η θεωρία συγκρότημα των στερεών. Εμφανίζεται, τι είναι ο λόγος που είναι μια αναπαράσταση της δομής της ύλης. Αποτελέσματα των μετάλλων διαφορετικών από διηλεκτρικά και ημιαγωγούς.

Ροζέτα και ο Button

Πόσες φορές την ημέρα θα κάνετε κλικ στα διάφορα κουμπιά; Κανείς δεν καν σκεφτεί να έρθει, δεν μπορεί να υπολογίζει - έχει γίνει τόσο γνωστό ότι η δράση. Και ο άνθρωπος δεν πιστεύει ότι όλα αυτά είναι δυνατή μόνο χάρη σε πόσο εύκολο μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα στα μέταλλα. Ενεργοποιήστε το φως, βράζουμε βραστήρα, εκτελέστε το πλυντήριο, για να μην αναφέρουμε τις ενέργειες για smartphones, σημαίνει την ολοκλήρωση του κυκλώματος και να επιτρέψει τα ηλεκτρόνια των αγωγών να εργαστούν αντί των ανθρώπων. Επεξήγηση τέτοιων φαινομένων ως το σύνολο αγωγιμότητα. Η πιο προφανής, ίσως, είναι η θεωρία συγκρότημα των στερεών.

Atom και βραστήρες

Όλοι όσοι ήταν στο γυμνάσιο, έχει μια ιδέα για τη δομή του ατόμου. Ανάκληση γύρω από ένα θετικά φορτισμένο βαρύ πυρήνα (αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια) περιστρέφονται πνεύμονες λίγο ηλεκτρόνια. Αριθμός αρνητικών σωματιδίων ισούται ακριβώς με τον αριθμό των θετικών. Για να μην αναγνώστες οπής, εξηγεί στο στυλ του «Κβαντομηχανική για τα ομοιώματα.» Κάθε τροχιά ηλεκτρόνιο περιορίζεται αυστηρά, για το οποίο μπορεί να περιστρέφεται γύρω από τον πυρήνα σε ένα δεδομένο χημικό στοιχείο. Με τη σειρά του, κάθε είδος έχει ένα μοναδικό μοτίβο άτομα όπως τροχιές. Ήταν τόσο spectroscopists επιστήμονες διακρίνουν βορίου από σεληνίου και αρσενικού από νάτριο. Ωστόσο, εκτός από τις καθαρές ουσίες στη φύση, υπάρχει ένας άπειρος αριθμός διαφορετικών συνδυασμών. Η κβαντομηχανική (Για Ανδρείκελα, ο αναγνώστης πρέπει να θυμόμαστε) υποστηρίζει ότι σε πολύπλοκες ενώσεις τροχιές τέμνονται, συγχώνευση, να μετατρέψει, τεντωμένα, δημιουργώντας μια σύνδεση. Η ποιότητά τους εξαρτάται από τον τύπο: ομοιοπολικής και ιοντικής ισχυρότερη, υδρογόνο, για παράδειγμα, είναι ασθενέστερη.

κρυσταλλική δομή

Το στερεό σώμα είναι πιο δύσκολη. Για το μοντέλο, το οποίο χρησιμοποιεί τη θεωρία συγκρότημα των στερεών, συνήθως λαμβάνουν ένα τέλειο κρύσταλλο. Αυτό σημαίνει ότι είναι ατελείωτη και χωρίς αμαρτία - κάθε άτομο για τη δική του θέση, το συνολικό φορτίο είναι μηδέν. Πυρήνα κυμαίνεται γύρω από μια συγκεκριμένη θέση ισορροπίας, αλλά τα ηλεκτρόνια να πούμε συνολικά. Ανάλογα με το πόσο «εύκολο» ένα άτομο δωρίζει παρακείμενο αρνητική σωματίδια του, λαμβάνεται σταθερά προκαθορισμένη ηλεκτρονική δομή των διηλεκτρικά ή μέταλλα σύννεφο. Πρέπει να προσθέσω ότι κατά την εξέταση υποτίθεται ότι όλα τα ηλεκτρόνια καταλαμβάνουν την ελάχιστη ποσότητα ενέργειας για να τους, πράγμα που σημαίνει ότι το σώμα είναι στο μηδέν Kelvin. Σε υψηλότερες θερμοκρασίες, το πλάτος της ταλάντωσης ως πυρήνες και τα ηλεκτρόνια ισχυρά και, ως εκ τούτου, ο τελευταίος είναι σε θέση να καταλάβει υψηλότερα επίπεδα ενέργειας. διανομής Αρνητική σωματίδια γίνεται πιο «χαλαρή». Σε ορισμένα προβλήματα, είναι σημαντικό, ωστόσο, για να περιγράψει αυτό το φαινόμενο ως τέτοια θερμοκρασία δεν είναι τόσο σημαντικό.

αρχή Pauli και ο φορτωτής

Η έννοια της θεωρίας συγκρότημα των στερεών μπορεί να επιτευχθεί μόνο καλό να θυμόμαστε ποια είναι η αρχή του Pauli. Αν φανταστούμε ότι τα ηλεκτρόνια - μια τσάντα της ζάχαρης, στη συνέχεια, εάν αυτές τις σακούλες πολύ, φορτωτής υπό όρους θα επιβάλλουν ο ένας στον άλλο. Κάθε «τσάντα» παίρνει τη θέση του στο χώρο. Για τα ηλεκτρόνια, αυτό σημαίνει ότι σε μια δεδομένη κατάσταση μόνο ένας μπορεί να είναι σε ένα σύστημα. Αυτή είναι η αρχή του Pauli. Σημειώστε ότι έχουμε στο μυαλό μας τις ιδανικές συνθήκες, δηλαδή τη θερμοκρασία του μηδέν Kelvin, και το άπειρο κρύσταλλο. Το όλο σύστημα είναι υπό τις ίδιες συνθήκες θερμοκρασίας, μηχανική καταπόνηση, ελαττώματα είναι τα ίδια σε όλα τα μέρη ενός συνόλου.

ζώνη Ηλεκτρονική κρύσταλλοι

Στο κρύσταλλο, ένα πλήθος ενός τύπου ατόμων. Ένα γραμμομόριο ουσία περιλαμβάνει δέκα έως είκοσι τρίτου βαθμού στοιχεία. Πόσα μόρια ανά χιλιόγραμμο, για παράδειγμα, το αλάτι; Έτσι, μπορείτε ακόμη και να πούμε ότι ακόμη και η μικρότερη κρύσταλλο περιέχει αφάνταστα πολλά άτομα. Κάθε χημικό στοιχείο έχει το δικό του μοτίβο της τροχιές ηλεκτρονίων, και τι πρέπει να κάνουν αν είναι σε ένα σώμα σε λίγες; Μετά από όλα, σύμφωνα με την αρχή του Pauli, θα πρέπει να καταλαμβάνουν διαφορετικές καταστάσεις. θεωρία Band των στερεών προσφέρει τον ακόλουθο τρόπο - οι τροχιές των ηλεκτρονίων γίνονται διάφορες ενέργειες. Η διαφορά μεταξύ τους είναι τόσο μικρή ώστε να πιέζονται, ακουμπά στο άλλο πολύ σφιχτά για να σχηματίσουν μια συνεχή ζώνη. Έτσι, κάθε επίπεδο του ηλεκτρονίου στο άτομο του μετατρέπεται σε μια ζώνη στο χύμα κρύσταλλο. Στοιχεία θεωρίας ζωνών των στερεών μπορούν να σας εξηγήσουν τη διαφορά μεταξύ μονωτήρων και αγωγών.

Ηλεκτρονική εντός της ζώνης

Έχουμε ήδη συζητήσει το τι συμβαίνει με πολλά ηλεκτρόνια, τα οποία σε ένα άτομο καταλαμβάνουν την ίδια τροχιά, το σχηματισμό του κρυστάλλου. Αλλά η συμπεριφορά τους εντός της ζώνης μέχρι να μείνει αναμμένο. Μοιραστείτε αυτό το ήδη σημαντικό γιατί καθορίζει τη διαφορά μεταξύ των μετάλλων και μη μετάλλων. Όπως ήδη αναφέρθηκε παραπάνω, η θεωρία μπάντα των στερεών δείχνει ότι τα επίπεδα ενέργειας μέσα στο συγκρότημα των μεμονωμένων ατόμων διαφορετικές τροχιές διαφέρουν τόσο λίγο ώστε σχεδόν σχηματίζουν ένα συνεχές φάσμα. Έτσι, για να ξεπεραστεί το φράγμα δυναμικού μεταξύ των ηλεκτρονίων δεν είναι δύσκολο - είναι να κινείται ελεύθερα, γι 'αυτό είναι αρκετό, ακόμη και θερμότητας. Ωστόσο, κάθε ένα από τα επιτρέπονται συγκρότημα έχει τα όριά της. Υπάρχει πάντα ένα επίπεδο ενέργειας που είναι υψηλότερη ή χαμηλότερη από τους άλλους.

Valence απαγορεύεται, αγωγιμότητα

Ανάμεσα σε αυτές τις ζώνες έχουν τομέα της ενέργειας, όπου δεν υπάρχει επίπεδο στο οποίο θα μπορούσε να είναι ένα ηλεκτρόνιο. Στις γραφικές παραστάσεις, φαίνεται ως ένα λευκό κενό. Και κάλεσε το χάσμα. Για να ξεπεραστεί αυτό το εμπόδιο ηλεκτρονίων μπορεί μόνο μαλάκας. Έτσι, θα πρέπει να λαμβάνουν τα κατάλληλα γι 'αυτή την ενέργεια. Η ζώνη με τη μεγαλύτερη δυναμική ενέργεια, η οποία για αυτό το είδος των ατόμων που επιτρέπεται ύπαρξη των ηλεκτρονίων ονομάζεται ζώνη σθένους, και μετά από αυτήν - αγωγιμότητα.

Μεταλλικά διηλεκτρικό

θεωρία ζώνη αγωγιμότητας των στερεών υποστηρίζει ότι η παρουσία ή απουσία των ηλεκτρονίων στη ζώνη αγωγιμότητας υποδεικνύει πόσο εύκολα ρέει σε αυτό το ρεύμα της ουσίας. Έτσι διαφορετικά μέταλλα και διηλεκτρικά. Στην πρώτη περίπτωση, η ζώνη αγωγιμότητας περιέχει ήδη ηλεκτρόνια, δεδομένου ότι επικαλύπτεται με σθένους. Ένα μέσο αρνητικά σωματίδια είναι ελεύθερα να κινηθούν υπό την επίδραση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, χωρίς οποιαδήποτε πρόσθετη είσοδο ενέργειας. Ως εκ τούτου, το ηλεκτρικό ρεύμα σε μέταλλα φαίνεται τόσο εύκολο, στην πραγματικότητα - αμέσως, μόλις το πεδίο. Και για τον ίδιο λόγο, το σύρμα από χάλυβα, χαλκό, αλουμίνιο.

Υλικά για τα οποία οι σθένους και αγωγιμότητας ζώνες διαχωρίζονται από μια ενέργεια-που ονομάζεται διηλεκτρικά. Αυτά τα ηλεκτρόνια παγιδεύονται στο χαμηλότερο επίπεδο που επιτρέπεται. χάσμα ζωνών διαχωρίζει τα αρνητικά σωματίδια από το επίπεδο στο οποίο θα μπορούσαν να μετακινούνται ελεύθερα. Και η ενέργεια που πρέπει να αναφερθεί ότι τα ηλεκτρόνια για να το ξεπεράσει, να καταστρέψουν το υλικό. Ή να αλλάξετε τις ιδιότητες του πέρα από την αναγνώριση. Ως εκ τούτου, πλαστικά καλώδια περιτύλιγμα λιώνει και εγκαυμάτων, αλλά δεν άγει τον ηλεκτρισμό.

ημιαγωγοί

Αλλά υπάρχει μια ενδιάμεση κατηγορία των υλικών που έχουν διάκενο ζώνης, αλλά υπό ορισμένες προϋποθέσεις θα μπορούν να πραγματοποιούν ηλεκτρικό ρεύμα. Καλούνται - ημιαγωγοί. Όπως και το διηλεκτρικό, έχουν ένα ενεργειακό χάσμα μεταξύ της αγωγιμότητας και σθένους. Ωστόσο, είναι λιγότερο και να ξεπεράσει με κάποια προσπάθεια. Κλασική ημιαγωγών είναι το πυρίτιο (στα λατινικά - Πυρίτιο). Η περίφημη Silicon Valley, είναι διάσημο για τις τεχνολογίες που βασίζονται στη χρήση των κρυστάλλων της ουσίας αυτής είναι να δημιουργήσει ηλεκτρονικές συσκευές.