Bant Teorisi Modeli ve Örnekler



bant teorisi katı maddenin elektronik yapısını bir bütün olarak tanımlayandır. Her tür katıya uygulanabilir, ancak en büyük başarılarının yansıdığı metallerdedir. Bu teoriye göre, metalik bağ, pozitif yüklü iyonlar ile kristaldeki mobil elektronlar arasındaki elektrostatik çekimden kaynaklanmaktadır..

Bu nedenle, metalik kristal fiziksel özelliklerini açıklayabilen bir "elektron denizine" sahiptir. Alttaki görüntü metal bağlantıyı göstermektedir. Elektronların mor noktaları, pozitif yüklü metal atomlarını saran bir denizde delokalize edilir..

"Elektron denizi", her metal atomunun bireysel katkılarından oluşur. Bu katkılar atomik yörüngeleridir. Metal yapılar genellikle küçüktür; ne kadar kompaktlarlarsa atomları arasındaki etkileşimler o kadar büyük olur.

Sonuç olarak, atomik orbitalleri, enerjide çok dar moleküler orbitaller üretmek üzere üst üste binerler. Elektronlar denizi daha sonra farklı enerjilerde olan büyük bir moleküler orbital kümesidir. Bu enerjilerin çeşitliliği, enerji bantları olarak bilinen şeyi oluşturur..

Bu bantlar kristalin herhangi bir bölgesinde bulunur, bu yüzden bir bütün olarak kabul edilir ve oradan da bu teori tanımını alır..

indeks

  • 1 Enerji bantları modeli
    • 1.1 Fermi seviyesi
  • 2 Yarı İletkenler
    • 2.1 İçsel ve dışsal yarı iletkenler
  • 3 Uygulamalı bant teorisi örnekleri
  • 4 Kaynakça

Enerji bantları modeli

Bir metal atomunun yörüngesi, komşusununkiyle (N = 2) etkileşime girdiğinde, iki moleküler yörünge oluşur: bir bağ (yeşil bant) ve bir anti-link (koyu kırmızı bant).

N = 3 ise, şimdi orta olanı (siyah bant) bağlayıcı olmayan üç moleküler yörünge oluşur. Eğer N = 4 ise, dört orbital oluşur ve en büyük bağlanma karakterine sahip olan ve en büyük donma önleyici karaktere sahip olan.

Moleküler orbitaller için mevcut olan enerji aralığı kristalin metal atomları orbitallerini sağladıkça genişlemektedir. Bu aynı zamanda, orbitaller arasındaki enerji boşluğunun, bir bant içinde yoğunlaştığı noktaya kadar düşmesine neden olur..

Orbitallerden oluşan bu bant, düşük enerjili (yeşil ve sarı renkteki) ve yüksek enerjili (turuncu ve kırmızı renkteki) bölgelere sahiptir. Enerjik uçları düşük yoğunluklu; Bununla birlikte, moleküler orbitallerin çoğu (beyaz şerit) merkezde yoğunlaşmıştır..

Bu, elektronların bandın merkezinden uçlarına göre daha hızlı çalıştıkları anlamına gelir..

Fermi seviyesi

Elektronlar tarafından mutlak sıfır sıcaklıkta katı halde bulunan en yüksek enerji halidir (T = 0 K).

Bant oluşturulduktan sonra, elektronlar tüm moleküler yörüngelerini işgal etmeye başlar. Metalin tek değerlikli bir elektronu varsa1), kristalindeki tüm elektronlar bandın yarısını kaplar.

Diğer boş yarıya itici bant denir, elektronlarla dolu bant ise değerlik bantı olarak adlandırılır..

Üst resimde A, bir metal için tipik bir değerlik bandını (mavi) ve iletken bandını (beyaz) temsil eder. Mavimsi kenarlık çizgisi Fermi seviyesini gösterir.

Metaller aynı zamanda p-orbitallere sahip olduklarından, bir p-band (beyaz) oluşturmak için aynı şekilde birleşirler..

Metallerde, s ve p bantları enerjiye çok yakındır. Bu, üst üste binmelerine izin vererek, değerlik bandından iletkenlik bandına elektronları teşvik eder. Bu, 0 K'nin altındaki sıcaklıklarda bile olur..

Geçiş metalleri için ve 4. periyoddan aşağıya doğru, aynı zamanda bantları oluşturmak da mümkündür..

İletim bandına göre Fermi seviyesi, elektriksel özellikleri belirlemek için çok önemlidir..

Örneğin, iletim bandına çok yakın bir Fermi seviyesine sahip bir metal Z (enerjideki en yakın boş bant), içinde Fermi seviyesinin o banttan uzak olduğu bir X metalinden daha yüksek bir elektriksel iletkenliğe sahiptir..

Yarı iletkenler

Elektriksel iletkenlik daha sonra elektronların bir değerlik bandından bir iletim bandına geçişinden oluşur..

Her iki bant arasındaki enerji boşluğu çok büyükse, (B'de olduğu gibi) bir yalıtım katımız vardır. Öte yandan, eğer bu boşluk nispeten küçükse, katı bir yarı iletkendir (C durumunda)..

Sıcaklıktaki bir artışla karşı karşıya kalan değerlik bandındaki elektronlar, iletim bandına doğru göç etmek için yeterli enerji kazanırlar. Bu elektrik akımı ile sonuçlanır.

Aslında, bu bir katı veya yarı iletken malzemenin kalitesidir: oda sıcaklığında yalıtkanlardır, ancak yüksek sıcaklıklarda iletkendirler.

İçsel ve dışsal yarı iletkenler

İçsel iletkenler, değerlik bandı ile iletim bandı arasındaki enerji boşluğunun, termal enerjinin elektronların geçişine izin vermesi için yeterince küçük olduğu.

Öte yandan, dışsal iletkenler, elektriksel iletkenliklerini arttıran yabancı maddelerle doping yaptıktan sonra elektronik yapılarında değişiklikler sergilerler. Bu kirlilik başka bir metal veya metalik olmayan bir eleman olabilir.

Eğer kirlilik daha fazla değerlik elektronuna sahipse, değerlik bandının elektronlarının iletim bandına geçmesi için bir köprü görevi gören bir donör bant sağlayabilir. Bu katılar n tipi yarı iletkenlerdir. Burada n tanımı "negatif" den geliyor.

Üst resimde, donör bant, tahrik bandının hemen altındaki mavi blokta gösterilmiştir (Tip n).

Öte yandan, eğer kirlilik daha az değerli elektronlara sahipse, değer bandı ile tahrik bandı arasındaki enerji boşluğunu kısaltan bir alıcı bant sağlar..

Elektronlar ilk önce bu gruba doğru hareket eder, zıt yönde hareket eden "pozitif deliklerin" arkasını bırakır.

Bu pozitif boşluklar elektronların geçişini işaret ettiğinden, katı veya malzeme bir p-tipi yarı iletkendir..

Uygulamalı bant teorisi örnekleri

- Metallerin neden parlak olduğunu açıklayın: mobil elektronları, daha yüksek enerji seviyelerine atladıklarında çok çeşitli dalga boylarında radyasyonu emebilir. Sonra, ışık yayar ve sürüş bandının daha düşük seviyelerine geri döner..

- Kristalin silikon, en önemli yarı iletken malzemedir. Silisyumun bir kısmı, bir grup 13 elementinin (B, Al, Ga, In, Tl) izlerine katlanırsa, p tipi bir yarı iletken olur. Oysa grup 15 (N, P, As, Sb, Bi) elemanı ile katlanırsa n-tipi bir yarı iletken olur..

- Işık yayan diyot (LED), bir ortak yarı iletken p-n'dir. Ne demek istiyorsun? Malzemenin, hem n hem de p olmak üzere her iki tipte yarı iletkene sahip olması. Elektronlar, n-tipi yarı iletkenin iletken bandından, p-tipi yarı iletkenin değer bandına geçer..

referanslar

  1. Whitten, Davis, Peck ve Stanley. Kimya. (8. basım). CENGAGE Öğrenme, s 486-490.
  2. Shiver ve Atkins. (2008). İnorganik kimya (Dördüncü baskı, s. 103-107, 633-635). Mc Graw Hill.
  3. C C. R. (2016). Katıların Bant Teorisi. 28 Nisan 2018'de, şu kaynaktan alınmıştır: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  4. Steve Kornic (2011). Chemist'in Bakış Açısından Bonolardan Gruplara Geçmek. 28 Nisan 2018'de alınan, chembio.uoguelph.ca
  5. Vikipedi. (2018). Dışsal yarı iletken. 28 Nisan 2018’de, en.wikipedia.org adresinden alındı.
  6. Byju'S. (2018). Metallerin bant teorisi. 28 Nisan 2018’de, byjus.com adresinden alındı