Úvod do Chemie

Podmínky

• metalAny množství chemických prvků v periodické tabulce, které tvoří kovová vazba s jinými atomy kovu; obecně lesklé, poněkud tvárný a pevný, často vodič tepla a elektřiny.
• molekulární orbitalThe kvantově mechanické chování elektronu v molekule popisující pravděpodobnost, že elektron je konkrétní pozici a energie; aproximovat lineární kombinace atomových orbitalů.
• napětímnožství elektrostatického potenciálu mezi dvěma body v prostoru.

Vodiče vs. Izolátory

vodič je materiál, který obsahuje pohyblivé elektrické náboje. V kovových vodičích, jako je měď nebo hliník, jsou pohyblivými nabitými částicemi elektrony. Kladné náboje mohou být také mobilní, jako je kationtový elektrolyt(elektrolyty) baterie nebo mobilní protony protonového vodiče palivového článku. Izolátory jsou nevodivé materiály s malým počtem mobilních nábojů, nesou pouze nevýznamné elektrické proudy.

při popisu vodičů pomocí konceptu teorie pásů je nejlepší zaměřit se na vodiče, které vedou elektřinu pomocí mobilních elektronů. Podle kapely teorie, dirigent je prostě materiál, který má své valenční pásmo a vedení kapely překrývají, což umožňuje elektrony proudit skrz materiál s minimální aplikované napětí.

Band Theory

V fyziky pevných látek, pásová struktura pevné popisuje tyto rozsahy energie, tzv. energetické pásy, že elektron v pevné může mít („povoleno kapely“) a pohybuje se energie zvané kapela mezery („zakázaného pásma“), které nemusí mít. Teorie pásů modeluje chování elektronů v pevných látkách postulováním existence energetických pásem. Úspěšně používá strukturu pásu materiálu k vysvětlení mnoha fyzikálních vlastností pevných látek. Pásma mohou být také vnímána jako rozsáhlá hranice molekulární orbitální teorie.

elektrony jediného izolovaného atomu zaujímají atomové orbitaly, které tvoří diskrétní sadu energetických hladin. Pokud se do molekuly spojí několik atomů, jejich atomové orbitaly se rozdělí na samostatné molekulární orbitaly, každý s jinou energií. To vytváří řadu molekulárních orbitalů úměrných počtu valenčních elektronů. Při velkém počtu atomů (1020 nebo více) jsou dohromady tvořit pevnou, počet orbitalů se stává mimořádně velké. V důsledku toho se rozdíl v energii mezi nimi stává velmi malým. V pevných látkách tedy hladiny vytvářejí spíše kontinuální pásma energie než diskrétní energetické hladiny atomů v izolaci. Některé intervaly energie však neobsahují žádné orbitaly a vytvářejí mezery v pásmu. Tento koncept se stává důležitějším v kontextu polovodičů a izolátorů .

v rámci energetického pásma lze energetické hladiny považovat za blízké kontinuum ze dvou důvodů:

1. oddělení energetických hladin v pevné je srovnatelná s energií, které elektrony neustále vyměňovat s fonony (atomové vibrace).
2. toto oddělení je srovnatelné s energetickou nejistotou způsobenou heisenbergovým principem nejistoty pro přiměřeně dlouhé časové intervaly. Výsledkem je, že oddělení mezi energetickými hladinami nemá žádný důsledek.

Vodiče

Všechny vodiče obsahují elektrické náboje, které se bude pohybovat, když elektrický potenciální rozdíl (měřený ve voltech) se aplikuje po samostatných bodů na materiálu. Tento tok náboje (měřený v ampérech) je to, co se označuje jako elektrický proud. Ve většině materiálů, stejnosměrný proud je přímo úměrný napětí (jak je stanoveno podle ohmova zákona), za předpokladu, že teplota zůstává konstantní a materiál zůstává ve stejném tvaru a stavu.

nejznámější vodiče jsou kovové. Měď je nejběžnějším materiálem používaným pro elektrické vedení . Stříbro je nejlepší dirigent, ale je drahé. Protože zlato nekoroduje, používá se pro vysoce kvalitní kontakty povrch-povrch. Existuje však také mnoho nekovových vodičů, včetně grafitu, roztoků solí a všech plazmat. Existují dokonce vodivé polymery.

tepelná a elektrická vodivost často jdou dohromady. Například moře elektronů způsobuje, že většina kovů působí jako elektrické i tepelné vodiče. Některé nekovové materiály jsou však praktickými elektrickými vodiči, aniž by byly dobrými tepelnými vodiči.