شارك:
نظرية العصابات نموذج وأمثلة
ال نظرية الفرقة هو الذي يحدد الهيكل الإلكتروني للمادة الصلبة ككل. يمكن تطبيقه على أي نوع من المواد الصلبة ، ولكن في المعادن تنعكس أعظم نجاحاتها. وفقًا لهذه النظرية ، ينتج الرابط المعدني عن الانجذاب الكهربائي بين الأيونات الموجبة الشحنة والإلكترونات المتنقلة في البلورة.
لذلك ، فإن البلورة المعدنية لها "بحر من الإلكترونات" ، والتي يمكن أن تفسر خواصها الفيزيائية. الصورة السفلى توضح الرابط المعدني. تتم إزالة النقاط الأرجوانية للإلكترونات في بحر يلف ذرات المعدن الموجبة الشحنة.
يتكون "بحر الإلكترونات" من المساهمات الفردية لكل ذرة معدنية. هذه المساهمات هي مداراتها الذرية. الهياكل المعدنية المدمجة عموما. كلما زاد حجمها ، زاد التفاعل بين ذراتها.
نتيجة لذلك ، تتداخل مداراتها الذرية لتوليد مدارات جزيئية ضيقة للغاية في الطاقة. ثم يكون بحر الإلكترونات مجرد مجموعة كبيرة من المدارات الجزيئية ذات نطاقات مختلفة من الطاقات. يشكل نطاق هذه الطاقات ما يعرف باسم عصابات الطاقة.
هذه العصابات موجودة في أي منطقة من البلورة ، وهذا هو السبب في أنها تعتبر ككل ، ومن هناك يأتي تعريف هذه النظرية.
مؤشر
- 1 نموذج من عصابات الطاقة
- 1.1 مستوى فيرمي
- 2 أشباه الموصلات
- 2.1 أشباه الموصلات الداخلية والخارجية
- 3 أمثلة لنظرية الفرقة التطبيقية
- 4 المراجع
نموذج عصابات الطاقة
عندما يتفاعل المدار s لذرة فلزية مع جارتها (N = 2) ، يتم تشكيل مداريين جزيئيين: واحد من الرابطة (شريط أخضر) والآخر مضاد للارتباط (شريط أحمر غامق).
إذا كانت N = 3 ، تتشكل الآن ثلاث مدارات جزيئية ، منها واحدة (الفرقة السوداء) غير ملزمة. إذا كانت N = 4 ، يتم تشكيل أربعة مدارات والأخرى ذات أكبر شخصية ملزمة والأخرى ذات أكبر شخصية مضادة للتجمد..
يتسع نطاق الطاقة المتاحة للمدارات الجزيئية حيث توفر ذرات البلورة المعدنية مداراتها. هذا يؤدي أيضًا إلى انخفاض في مساحة الطاقة بين المدارات ، إلى درجة أنها تتكثف في فرقة.
هذه الفرقة المؤلفة من مدارات لها مناطق منخفضة الطاقة (تلك ذات الألوان الخضراء والأصفر) والطاقة العالية (تلك ذات الألوان البرتقالية والحمراء). النقيضين حيوية لها كثافة منخفضة. ومع ذلك ، تتركز معظم المدارات الجزيئية (الشريط الأبيض) في الوسط.
هذا يعني أن الإلكترونات "تعمل بشكل أسرع" من خلال مركز الفرقة أكثر من نهاياتها.
مستوى فيرمي
إنها أعلى حالة طاقة تشغلها الإلكترونات في مادة صلبة عند درجة حرارة الصفر المطلقة (T = 0 K).
بمجرد بناء الفرقة ، تبدأ الإلكترونات في شغل جميع مداراتها الجزيئية. إذا كان المعدن لديه إلكترون واحد التكافؤ1) ، ستشغل جميع الإلكترونات الموجودة في بلورتها نصف الشريط.
يُعرف النصف الآخر غير المشغول باسم عصابة القيادة ، بينما تسمى الفرقة المليئة بالإلكترونات باسم فرقة التكافؤ.
في الصورة العليا ، يمثل شريط التكافؤ النموذجي (الأزرق) وشريط التوصيل (أبيض) للمعادن. يشير خط الحدود المزرق إلى مستوى فيرمي.
نظرًا لأن المعادن تحتوي أيضًا على مدارات p ، فإنها تتحد بالطريقة نفسها لتكوين نطاق p (أبيض).
في حالة المعادن ، يكون النطاقان s و p قريبان جدًا من الطاقة. هذا يسمح للتداخل ، وتعزيز الإلكترونات من الفرقة التكافؤ إلى الفرقة التوصيل. يحدث هذا حتى في درجات حرارة أعلى بقليل من 0 ك.
بالنسبة للمعادن التي تمر بمرحلة انتقالية ومن الفترة من 4 إلى أسفل ، من الممكن أيضًا تشكيل نطاقات من.
مستوى فيرمي فيما يتعلق بفرقة التوصيل مهم للغاية لتحديد الخواص الكهربائية.
على سبيل المثال ، يكون للمعدن Z ذي مستوى فيرمي قريب جدًا من نطاق التوصيل (أقرب شريط فارغ في الطاقة) موصلية كهربائية أعلى من معدن X حيث يكون مستوى Fermi الخاص به بعيدًا عن تلك الفرقة..
أشباه الموصلات
ثم تتكون الموصلية الكهربائية من انتقال الإلكترونات من شريط التكافؤ إلى شريط التوصيل.
إذا كانت فجوة الطاقة بين الشريطين كبيرة للغاية ، فلدينا مادة صلبة عازلة (كما هو الحال مع B). من ناحية أخرى ، إذا كانت هذه الفجوة صغيرة نسبيًا ، تكون المادة الصلبة أشباه الموصلات (في حالة C).
في مواجهة زيادة في درجة الحرارة ، تكتسب الإلكترونات الموجودة في شريط التكافؤ طاقة كافية للانتقال إلى نطاق التوصيل. هذا ينتج تيار كهربائي.
في الواقع ، هذه هي نوعية المواد الصلبة أو أشباه الموصلات: في درجة حرارة الغرفة تكون العوازل ، لكن في درجات الحرارة العالية تكون الموصلات.
أشباه الموصلات الداخلية والخارجية
الموصلات الداخلية هي تلك التي تكون فيها فجوة الطاقة بين شريط التكافؤ وشريط التوصيل صغيرة بما يكفي بحيث تسمح الطاقة الحرارية بمرور الإلكترونات.
من ناحية أخرى ، تظهر الموصلات الخارجية تغيرات في هياكلها الإلكترونية بعد تعاطي المنشطات مع الشوائب ، مما يزيد من توصيلها الكهربائي. يمكن أن يكون هذا الشوائب معدن آخر أو عنصر غير معدني.
إذا كانت الشوائب بها إلكترونات تكافؤ أكثر ، فيمكنها توفير شريط مانح يعمل كجسر للإلكترونات في نطاق التكافؤ للعبور إلى شريط التوصيل. هذه المواد الصلبة هي أشباه الموصلات من نوع n. هنا تأتي التسمية n من "سلبية".
في الصورة العلوية ، يتم توضيح الشريط المانح في المربع الأزرق أسفل شريط القيادة مباشرة (النوع n).
من ناحية أخرى ، إذا كانت الشوائب بها إلكترونات أقل تكافؤًا ، فإنها توفر شريطًا متقبلًا ، مما يقلل من فجوة الطاقة بين نطاق التكافؤ ونطاق القيادة..
تهاجر الإلكترونات أولاً نحو هذه الفرقة ، تاركة وراءها "ثقوب إيجابية" ، والتي تتحرك في الاتجاه المعاكس.
نظرًا لأن هذه الفجوات الإيجابية تحدد مرور الإلكترونات ، فإن المادة الصلبة أو المادة هي أشباه الموصلات من النوع p..
أمثلة لنظرية الفرقة التطبيقية
- اشرح لماذا تكون المعادن ساطعة: يمكن للإلكترونات المحمولة أن تمتص الإشعاع في نطاق واسع من الأطوال الموجية عندما تقفز إلى مستويات طاقة أعلى. ثم ينبعث منها الضوء ، ويعود إلى مستويات أقل من فرقة القيادة.
- السيليكون البلوري هو أهم مواد أشباه الموصلات. إذا تم تخدير جزء من السيليكون بآثار عنصر مجموعة 13 (B ، Al ، Ga ، In ، Tl) ، يصبح أشباه الموصلات من النوع p. بينما إذا كان مخدرًا بعنصر من المجموعة 15 (N ، P ، As ، Sb ، Bi) يصبح أشباه الموصلات من النوع n.
- الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) هو أشباه الموصلات المشتركة p-n. ماذا تقصد؟ أن المواد بها كلا النوعين من أشباه الموصلات ، كلا من n و p. تهاجر الإلكترونات من شريط التوصيل لأشباه الموصلات من النوع n إلى فرقة التكافؤ لأشباه الموصلات من النوع p.
مراجع
- بياض ، ديفيس ، بيك وستانلي. الكيمياء. (الطبعة الثامنة). CENGAGE Learning ، ص 486-490.
- رعشة واتكينز. (2008). كيمياء غير عضوية (الطبعة الرابعة. ، ص. 103-107 ، 633-635). مولودية جراو هيل.
- السفينة C. R. (2016). نظرية الفرقة من المواد الصلبة. تم الاسترجاع في 28 أبريل 2018 من: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
- ستيف كورنيك (2011). الانتقال من السندات إلى الفرق الموسيقية من وجهة نظر الكيميائي. تم الاسترجاع في 28 أبريل 2018 ، من: chembio.uoguelph.ca
- ويكيبيديا. (2018). أشباه الموصلات الخارجية. تم الاسترجاع في 28 أبريل 2018 من: en.wikipedia.org
- Byju'S. (2018). نظرية الفرقة من المعادن. تم الاسترجاع في 28 أبريل 2018 من: byjus.com