Teori Model Band dan Contoh



The teori band adalah salah satu yang mentakrifkan struktur elektronik pepejal secara keseluruhan. Ia boleh digunakan untuk apa-apa jenis pepejal, tetapi ia adalah dalam logam di mana kejayaan terbesar tercermin. Mengikut teori ini, hasil ikatan logam dari tarikan elektrostatik antara ion positif yang dikenakan, dan elektron bergerak di dalam kristal.

Oleh itu, kristal logam mempunyai "laut elektron", yang boleh menjelaskan sifat fizikalnya. Imej yang lebih rendah menggambarkan pautan logam. Titik-titik ungu dari elektron dihidupkan di laut yang menyelubungi atom-atom logam yang bercas positif.

"Lautan elektron" dibentuk daripada sumbangan individu setiap atom logam. Sumbangan ini adalah orbital atomnya. Struktur logam umumnya padat; semakin padat mereka, semakin besar interaksi antara atom mereka.

Akibatnya, orbital atom mereka bertindih untuk menjana orbital molekul yang sangat sempit dalam tenaga. Lautan elektron kemudian hanya satu set orbital molekul yang besar dengan julat tenaga yang berlainan. Pelbagai tenaga ini membentuk apa yang dikenali sebagai kumpulan tenaga.

Band ini hadir di mana-mana kawasan kristal, sebab itu ia dianggap sebagai keseluruhan, dan dari sana datang definisi teori ini.

Indeks

  • 1 Model band tenaga
    • 1.1 Tahap Fermi
  • 2 Semikonduktor
    • 2.1 Semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik
  • 3 Contoh teori band yang digunakan
  • 4 Rujukan

Model band tenaga

Apabila s orbit atom logam berinteraksi dengan jiran (N = 2), dua orbital molekul terbentuk: satu link (band hijau) dan antibonding lain (band merah gelap).

Jika N = 3, tiga orbital molekul kini terbentuk, di mana satu pertengahan (band hitam) tidak mengikat. Jika N = 4, empat orbital terbentuk dan satu dengan watak yang mengikat terhebat dan yang mempunyai watak anti-beku yang terbesar dipisahkan lagi.

Julat tenaga yang terdapat untuk orbital molekul berkembang apabila atom logam kristal memberikan orbital mereka. Ini juga menyebabkan penurunan dalam ruang tenaga di antara orbital, ke titik yang mereka pekat dalam sebuah band.

Band ini terdiri daripada orbital mempunyai kawasan yang rendah tenaga (warna hijau dan kuning) dan tenaga yang tinggi (warna oren dan merah). Ekstrem bertenaga mereka mempunyai ketumpatan yang rendah; Walau bagaimanapun, kebanyakan orbital molekul (jalur putih) tertumpu di tengah.

Ini bermakna bahawa elektron "berjalan lebih cepat" melalui pusat band daripada di hujung mereka.

Tahap Fermi

Ini adalah keadaan tenaga tertinggi yang diduduki oleh elektron dalam pepejal pada suhu sifar mutlak (T = 0 K).

Sebaik sahaja band itu dibina, elektron mula menguasai semua orbital molekulnya. Sekiranya logam mempunyai satu elektron valensi (s)1), semua elektron dalam kristalnya akan menduduki separuh daripada band.

Bahagian lain yang tidak didiami dikenali sebagai band pemanduan, manakala band yang penuh dengan elektron dipanggil band valensi.

Dalam imej atas A mewakili band valence khas (biru) dan jalur konduksi (putih) untuk logam. Barisan sempadan kebiruan menunjukkan tahap Fermi.

Kerana logam juga mempunyai orbital p, mereka menggabungkan dengan cara yang sama untuk menghasilkan p-band (putih).

Dalam hal logam, s dan p band sangat dekat dengan tenaga. Hal ini membolehkan tumpang tindih mereka, mempromosikan elektron dari band valensi ke jalur konduksi. Ini berlaku walaupun pada suhu kurang dari 0 K.

Untuk logam peralihan dan dari tempoh 4 ke bawah, ia juga mungkin untuk membentuk band.

Tahap Fermi berkenaan dengan jalur konduksi sangat penting untuk menentukan sifat elektrik.

Sebagai contoh, Z logam tahap Fermi berhampiran dengan jalur konduksi (band jurang tenaga yang terdekat) mempunyai kekonduksian elektrik yang lebih tinggi daripada X logam di mana tahap Fermi adalah jauh dari band berkata.

Semikonduktor

Kekonduksian elektrik kemudiannya terdiri daripada penghijrahan elektron dari suatu jalur valensi ke jalur konduksi.

Sekiranya jurang tenaga antara kedua-dua band adalah sangat besar, kita mempunyai pepejal penebat (seperti dengan B). Sebaliknya, jika jurang ini agak kecil, pepejal adalah semikonduktor (dalam kes C).

Menghadapi peningkatan suhu, elektron-elektron di band valensi memperoleh tenaga yang cukup untuk berhijrah ke arah jalur konduksi. Ini menghasilkan arus elektrik.

Malah, ini adalah kualiti pepejal atau bahan semikonduktor: pada suhu bilik mereka adalah penebat, tetapi pada suhu tinggi mereka konduktor.

Semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik

Konduktor intrinsik adalah di mana jurang tenaga antara band valensi dan jalur pengaliran cukup kecil supaya tenaga termal membolehkan petikan elektron.

Sebaliknya, konduktor luaran menunjukkan perubahan dalam struktur elektronik mereka selepas doping dengan kekotoran, yang meningkatkan kekonduksian elektriknya. Pencemaran ini boleh menjadi logam lain atau elemen bukan logam.

Sekiranya kekotoran itu mempunyai lebih banyak elektron valensi, ia dapat menyediakan band penderma yang berfungsi sebagai jambatan untuk elektron band valensi untuk menyeberang ke jalur konduksi. Pepejal ini adalah semikonduktor n-jenis. Di sini penamaan n berasal dari "negatif".

Dalam imej atas, band penderma digambarkan dalam blok biru tepat di bawah jalur memandu (Type n).

Sebaliknya, jika kekotoran itu mempunyai elektron valensi yang kurang, ia menyediakan sebuah band penerima, yang memendekkan jurang tenaga antara band valensi dan jalur pemanduan..

Elektron pertama kali berhijrah ke arah band ini, meninggalkan "lubang positif", yang bergerak ke arah yang bertentangan.

Oleh kerana jurang positif menandakan laluan elektron, pepejal atau bahan adalah semikonduktor p-jenis..

Contoh teori band yang digunakan

- Jelaskan mengapa logam terang: elektron mudah alih mereka boleh menyerap radiasi dalam pelbagai panjang gelombang apabila mereka melompat ke tahap tenaga yang lebih tinggi. Kemudian mereka memancarkan cahaya, kembali ke paras bawah jalur pemanduan.

- Silikon Kristal adalah bahan semikonduktor yang paling penting. Sekiranya sebahagian daripada silikon dilaburkan dengan jejak kumpulan 13 elemen (B, Al, Ga, In, Tl), ia menjadi semikonduktor p-jenis. Sedangkan jika ia doped dengan unsur kumpulan 15 (N, P, As, Sb, Bi) ia menjadi n-jenis semikonduktor.

- Diod pemancar cahaya (LED) adalah p-n semikonduktor bersama. Apa maksud awak? Bahawa bahan tersebut mempunyai kedua-dua jenis semikonduktor, kedua-dua n dan p. Elektron berpindah dari jalur konduksi semikonduktor n-jenis, ke pita valensi semikonduktor p-jenis.

Rujukan

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia (Ed ed.). CENGAGE Learning, p 486-490.
  2. Shiver & Atkins. (2008). Kimia anorganik (Edisi keempat, ms 103-107, 633-635). Mc Graw Hill.
  3. Kapal C. R. (2016). Teori Band Pepejal. Diperoleh pada 28 April 2018, dari: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  4. Steve Kornic (2011). Melangkah dari Bon kepada Band dari Titik Pandangan Ahli Kimia. Diperoleh pada 28 April 2018, dari: chembio.uoguelph.ca
  5. Wikipedia. (2018). Semikonduktor extrinsik. Diambil pada 28 April 2018, dari: en.wikipedia.org
  6. BYJU'S. (2018). Teori teori logam. Diambil pada 28 April 2018, dari: byjus.com