TEORIJA BENDOVA: MODEL I PRIMJERI - KEMIJA - 2025

Teorija bendova je ona koja definira elektronsku strukturu krute tvari u cjelini. Može se primijeniti na bilo koju vrstu krute tvari, ali upravo se u metalima ogledaju njezini najveći uspjesi. Prema ovoj teoriji, metalna veza rezultat je elektrostatičke privlačnosti između pozitivno nabijenih iona i pokretnih elektrona u kristalu.

Stoga metalni kristal ima "more elektrona", što može objasniti njegova fizička svojstva. Slika ispod ilustrira metalnu vezu. Ljubičaste točkice elektrona se delokaliziraju u moru koje okružuje pozitivno nabijene atome metala.

"More elektrona" nastaje iz pojedinačnih priloga svakog atoma metala. Ti ulazi su vaše atomske orbitale. Metalne konstrukcije uglavnom su kompaktne; što su kompaktniji, to su veće interakcije između njihovih atoma.

Posljedično, njihove atomske orbitale preklapaju se da bi se stvorile vrlo uske molekularne orbitale u energiji. More elektrona tada nije ništa drugo do veliki skup molekulskih orbitala s različitim rasponima energija. Raspon tih energija čine ono što je poznato pod nazivom energetski opsezi.

Ovi pojasevi su prisutni u bilo kojoj regiji kristala, zbog čega se smatra cjelinom, a odatle potječe i definicija ove teorije.

Model energetskog pojasa

Kad s orbitala metalnog atoma uzajamno djeluje s susjedom (N = 2), formiraju se dvije molekularne orbitale: jedna od veze (zelena traka) i druga anti-veza (tamnocrvena traka).

Ako je N = 3, sada se formiraju tri molekularne orbitale, od kojih je srednja (crna traka) nevezana. Ako je N = 4, formiraju se četiri orbitale, a ona s najvećim veznim karakterom i ona s najvećim obilježjem vezivanja dalje se razdvajaju.

Raspon energije koji je dostupan molekularnim orbitama proširuje se kako metalni atomi u kristalu doprinose njihovim orbitalima. To također rezultira smanjenjem energetskog prostora između orbitala do točke koja se kondenzira u pojas.

Ovaj pojas sastavljen od s orbitala ima područja niske energije (one u boji zelene i žute) i visoke energije (u narančastoj i crvenoj boji). Njegovi energetski ekstremi imaju malu gustoću; međutim, u središtu je koncentrirana većina molekularnih orbitala (bijeli pojas).

To znači da elektroni "brže prolaze" kroz sredinu pojasa nego kroz njegove krajeve.

Fermi nivo

Zatim se električna vodljivost sastoji od migracije elektrona iz valentnog pojasa u kondukcijski pojas.

Ako je energetski jaz između oba pojasa vrlo velik, imate izolacijsku krutinu (kao kod B). S druge strane, ako je taj razmak relativno mali, krutina je poluvodič (u slučaju C).

Kada se temperatura poveća, elektroni u valentnom pojasu dobivaju dovoljno energije da se kreću prema provodnom pojasu. To rezultira električnom strujom.

Zapravo, ovo je kvaliteta krutih ili poluvodičkih materijala: na sobnoj su temperaturi izolacijski, ali na visokim temperaturama provodljivi.

Unutarnji i vanjski poluvodiči

Unutarnji vodiči su oni u kojima je energetski jaz između valentnog pojasa i vodljivog pojasa dovoljno mali da toplinska energija može proći kroz njega.

S druge strane, vanjski vodiči pokazuju promjene u svojoj elektroničkoj strukturi nakon dopiranja nečistoća, što povećava njihovu električnu vodljivost. Ta nečistoća može biti drugi metalni ili nemetalni element.

Ako nečistoća ima više valentnih elektrona, može pružiti donorski pojas koji služi kao most elektronima iz valentnog pojasa da pređu u provodni pojas. Te čvrste tvari su poluvodiči n-tipa. Ovdje naziv n dolazi od "negativan".

Na gornjoj slici donorski pojas prikazan je u plavom bloku odmah ispod kondukcijskog pojasa (Tip n).

S druge strane, ako nečistoća ima manje valentnih elektrona, ona daje akceptorski pojas koji skraćuje energetski jaz između valentnog pojasa i kondukcijskog pojasa.

Elektroni najprije migriraju prema tom pojasu, ostavljajući iza sebe „pozitivne rupe“, koje se kreću u suprotnom smjeru.

Budući da ove pozitivne rupe označavaju prolazak elektrona, kruta tvar ili materijal su poluvodiči p-tipa.

Primjeri primijenjene teorije bendova

- Objasnite zašto su metali sjajni: njihovi pokretni elektroni mogu apsorbirati zračenje u širokom rasponu valnih duljina kada skoče na više razine energije. Zatim emitiraju svjetlost, vraćajući se na niže razine vodljivog pojasa.

- Kristalni silicij je najvažniji poluvodički materijal. Ako je dio silicija dopiran tragovima elementa grupe 13 (B, Al, Ga, In, Tl), on postaje poluvodič p tipa. Dok je, ako je dopiran elementom grupe 15 (N, P, As, Sb, Bi), on postaje poluvodič n-tipa.

- Dioda koja emitira svjetlost (LED) je poluvodič pn ploče. Što to znači? Da materijal ima obje vrste poluvodiča, i n i str. Elektroni migriraju iz kondukcijskog pojasa poluvodiča n-tipa u valentni pojas poluvodiča p-tipa.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck i Stanley. Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje, str 486-490.
2. Shiver & Atkins. (2008). Neorganska kemija. (Četvrto izdanje., Str. 103-107, 633-635). Mc Graw Hill.
3. Nave CR (2016). Teorija bendova. Preuzeto 28. travnja 2018. s: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
4. Steve Kornic. (2011). Krenite od obveznica do bendova s ​​gledišta kemičara. Preuzeto 28. travnja 2018. s: chembio.uoguelph.ca
5. Wikipedia. (2018.). Vanjski poluvodič. Preuzeto 28. travnja 2018. s: en.wikipedia.org
6. BYJU'S. (2018.). Teorija bendova metala. Preuzeto 28. travnja 2018. s: byjus.com