Introducere în chimie

Termeni

• metalorice dintr-un număr de elemente chimice din tabelul periodic care formează o legătură metalică cu alți atomi de metal; în general strălucitor, oarecum maleabil și dur, adesea un conductor de căldură și electricitate.
• molecular orbitalcomportamentul mecanic cuantic al unui electron într-o moleculă care descrie probabilitatea poziției și energiei particulare a electronului; aproximat printr-o combinație liniară de orbitali atomici.
• voltajcantitatea de potențial electrostatic între două puncte în spațiu.

Conductori vs.izolatori

un conductor este un material care conține sarcini electrice mobile. În conductorii metalici, cum ar fi cuprul sau aluminiul, particulele încărcate mobile sunt electroni. Sarcinile pozitive pot fi, de asemenea, mobile, cum ar fi electrolitul(electroliții) cationici ai unei baterii sau protonii mobili ai conductorului de protoni al unei celule de combustibil. Izolatoarele sunt materiale neconductoare cu puține încărcături mobile, ele transportă doar curenți electrici nesemnificativi.

în descrierea conductorilor folosind conceptul de teorie a benzilor, cel mai bine este să vă concentrați asupra conductorilor care conduc electricitatea folosind electroni mobili. Conform teoriei benzii, un conductor este pur și simplu un material care are banda de valență și banda de conducere suprapusă, permițând electronilor să curgă prin material cu o tensiune minimă aplicată.

teoria benzii

în fizica solid-state, structura benzii unui solid descrie acele intervale de energie, numite benzi de energie, pe care un electron din solid le poate avea („benzi permise”) și intervale de energie numite lacune de bandă („benzi interzise”), pe care este posibil să nu le aibă. Teoria benzilor modelează comportamentul electronilor în solide prin postularea existenței benzilor energetice. Folosește cu succes structura benzii unui material pentru a explica multe proprietăți fizice ale solidelor. Benzile pot fi, de asemenea, privite ca limita la scară largă a teoriei orbitale moleculare.

electronii unui singur atom izolat ocupă orbitali atomici, care formează un set discret de niveluri de energie. Dacă mai mulți atomi sunt aduși împreună într-o moleculă, orbitalii lor atomici se împart în orbitali moleculari separați, fiecare cu o energie diferită. Aceasta produce un număr de orbitali moleculari proporțional cu numărul de electroni de valență. Când un număr mare de atomi (1020 sau mai mulți) sunt adunați pentru a forma un solid, numărul orbitalilor devine extrem de mare. În consecință, diferența de energie dintre ele devine foarte mică. Astfel, în solide nivelurile formează benzi continue de energie, mai degrabă decât nivelurile de energie discrete ale atomilor izolați. Cu toate acestea, unele intervale de energie nu conțin orbitali, formând goluri de bandă. Acest concept devine mai important în contextul semiconductorilor și izolatorilor .

în cadrul unei benzi de energie, nivelurile de energie pot fi considerate ca un continuum apropiat din două motive:

1. separarea dintre nivelurile de energie într-un solid este comparabilă cu energia pe care electronii o schimbă constant cu fononii (vibrații atomice).
2. această separare este comparabilă cu incertitudinea energetică datorată principiului incertitudinii Heisenberg pentru intervale de timp destul de lungi. Ca urmare, separarea dintre nivelurile de energie nu are nicio consecință.

Conductori

toți conductorii conțin sarcini electrice, care se vor deplasa atunci când se aplică o diferență de potențial electric (măsurată în volți) în puncte separate ale materialului. Acest flux de sarcină (măsurat în amperi) este ceea ce se numește curent electric. În majoritatea materialelor, curentul continuu este proporțional cu tensiunea (așa cum este determinat de legea lui Ohm), cu condiția ca temperatura să rămână constantă și materialul să rămână în aceeași formă și stare.

cele mai cunoscute conductoare sunt metalice. Cuprul este cel mai frecvent material utilizat pentru cablarea electrică . Argintul este cel mai bun dirijor, dar este scump. Deoarece aurul nu corodează, este utilizat pentru contacte de suprafață la suprafață de înaltă calitate. Cu toate acestea, există și mulți conductori nemetalici, inclusiv grafit, soluții de săruri și toate plasmele. Există chiar polimeri conductivi.

conductivitatea termică și electrică merg adesea împreună. De exemplu, marea de electroni face ca majoritatea metalelor să acționeze atât ca conductori electrici, cât și ca conductori termici. Cu toate acestea, unele materiale nemetalice sunt conductori electrici practici fără a fi conductori termici buni.