ТЕОРИЈА БЕНДОВА: МОДЕЛ И ПРИМЕРИ - ХЕМИЈА - 2025

Теорија опсега је она која дефинише електронску структуру чврстоће као целине. Може се применити на било коју врсту чврсте материје, али управо се у металима огледају њени највећи успеси. Према овој теорији, метална веза је резултат електростатичке привлачности између позитивно наелектрисаних јона и покретних електрона у кристалу.

Због тога метални кристал има „море електрона“, што може да објасни његова физичка својства. Слика испод илуструје металну везу. Љубичасте тачкице електрона се делокализују у мору које окружује позитивно наелектрисане атоме метала.

„Море електрона“ настаје из појединачних прилога сваког атома метала. Ови улази су ваше атомске орбитале. Металне конструкције су углавном компактне; компактнији су, веће су интеракције између њихових атома.

Сходно томе, њихове атомске орбите се преклапају да би генерисале врло уске молекуларне орбитале у енергији. Море електрона тада није ништа друго до велики скуп молекулских орбитала са различитим распонима енергија. Распон ових енергија чине оно што је познато као енергетски опсези.

Ови бендови су присутни у свим областима кристала, због чега се сматрају целином, одатле и долази дефиниција ове теорије.

Модел енергетског опсега

Када с орбитала металног атома узајамно дјелује са сусједом (Н = 2), формирају се двије молекуларне орбитале: једна од везе (зелена трака) и друга анти-веза (тамноцрвена трака).

Ако је Н = 3, формирају се три молекуларне орбитале од којих је средња (црна трака) несвезана. Ако је Н = 4, формирају се четири орбитале, а она са највећим знаком везивања и она са највишим карактером против везања се даље одвајају.

Распон енергије који је доступан молекуларним орбитама проширује се како атоми метала у кристалу доприносе њиховим орбиталима. Ово такође резултира смањењем енергетског простора између орбитала, до тачке да се они кондензују у опсег.

Овај бенд састављен од с орбитала има регионе ниске енергије (оне у боји зелене и жуте) и високе енергије (оне у наранчастој и црвеној боји). Њени енергетски екстреми имају малу густину; међутим, у центру је концентрирана већина молекуларних орбитала (бели појас).

То значи да електрони „брже“ пролазе кроз центар појаса него кроз његове крајеве.

Ферми ниво

Затим се електрична проводљивост састоји од миграције електрона из валентног појаса у проводни опсег.

Ако је енергетски јаз између оба опсега врло велик, имате изолациону чврстоћу (као код Б). С друге стране, ако је овај размак релативно мали, чврста супстанца је полуводич (у случају Ц).

Када се температура повећа, електрони у валентном појасу добијају довољно енергије да се мигрирају ка проводном опсегу. То резултира електричном струјом.

У ствари, ово је квалитет чврстих материја или полуводичких материјала: на собној температури су изолациони, али на високим температурама проводљиви.

Унутарњи и вањски полуводичи

Унутарњи проводници су они у којима је енергетски јаз између валентног опсега и опсега проводљивости довољно мали да топлотна енергија омогућава пролаз електрона.

С друге стране, вањски проводници показују промјене у својим електронским структурама након допинга са нечистоћама, што повећава њихову електричну проводљивост. Та нечистоћа може бити други метални или неметални елемент.

Ако нечистоћа има више валентних електрона, може да обезбеди донорски појас који служи као мост да се електрони из валентног појаса пређу у проводни опсег. Ове чврсте супстанце су полуводичи н-типа. Овде име н долази од „негативно“.

На горњој слици донорски појас приказан је плавим блоком одмах испод проводног опсега (Тип н).

С друге стране, ако нечистоћа има мање валентних електрона, она даје акцепторски опсег, који скраћује енергетски јаз између валентног опсега и проводног опсега.

Електрони најпре мигрирају према овом појасу, остављајући иза себе „позитивне рупе“, које се крећу у супротном смеру.

Пошто ове позитивне рупе обележавају пролазак електрона, чврста супстанца или материјал је полупроводник п-типа.

Примери теорије примењених опсега

- Објасните зашто су метали сјајни: њихови покретни електрони могу апсорбирати зрачење у широком распону таласних дужина када скоче на веће енергетске нивое. Затим емитују светлост, враћајући се на ниже нивое проводног опсега.

- Кристални силицијум је најважнији полуводички материјал. Ако је део силикона засут траговима елемента групе 13 (Б, Ал, Га, Ин, Тл), он постаје полупроводник п-типа. Док је ако је допиран елементом групе 15 (Н, П, Ас, Сб, Би), постаје полупроводник н-типа.

- Светлећа диода (ЛЕД) је полуводич на плочи. Шта то значи? Да материјал има обе врсте полуводича, и н и стр. Електрони мигрирају из проводног опсега полуводича н-типа у валентни опсег полуводича п-типа.

Референце

1. Вхиттен, Давис, Пецк и Станлеи. Хемија. (8. изд.). ЦЕНГАГЕ Леарнинг, стр. 486-490.
2. Схивер & Аткинс. (2008). Неорганска хемија. (Четврто издање, стр. 103-107, 633-635). Мц Грав Хилл.
3. Наве ЦР (2016). Теорија бендова. Преузето 28. априла 2018. године са: хиперпхисицс.пхи-астр.гсу.еду
4. Стеве Корниц. (2011). Прелазак са веза у бендове са гледишта хемичара. Преузето 28. априла 2018. године са: цхембио.уогуелпх.ца
5. Википедиа. (2018). Вањски полуводич. Преузето 28. априла 2018. године са: ен.википедиа.орг
6. БИЈУ'С. (2018). Теорија бендова метала. Преузето 28. априла 2018. године са: бијус.цом