Introduksjon Til Kjemi

Vilkår

• metalAny av en rekke kjemiske elementer i det periodiske system som danner en metallisk binding med andre metallatomer; generelt skinnende, noe formbar og hard, ofte en leder av varme og elektrisitet.
• molekylorbitalden kvantemekaniske oppførselen til et elektron i et molekyl som beskriver sannsynligheten for elektronets spesielle posisjon og energi; tilnærmet av en lineær kombinasjon av atomorbitaler.
• spenningmengden elektrostatisk potensial mellom to punkter i rommet.

Ledere vs Isolatorer

en leder er et materiale som inneholder bevegelige elektriske ladninger. I metallledere som kobber eller aluminium er de bevegelige ladede partiklene elektroner. Positive ladninger kan også være mobile, slik som kationiske elektrolytt(er) av et batteri eller mobile protoner av proton leder av en brenselcelle. Isolatorer er ikke-ledende materialer med få mobile ladninger; de bærer bare ubetydelige elektriske strømmer.

ved å beskrive ledere som bruker begrepet båndteori, er det best å fokusere på ledere som leder elektrisitet ved hjelp av mobile elektroner. Ifølge bandteori er en leder ganske enkelt et materiale som har sitt valensbånd og ledningsbånd overlappende, slik at elektroner kan strømme gjennom materialet med minimal påført spenning.

Bandteori

i solid-state fysikk beskriver båndstrukturen til et fast stoff de energiområdene, kalt energibånd, som et elektron i det faste stoffet kan ha («tillatte bånd») og energiområder kalt bandgap («forbudte band»), som det kanskje ikke har. Bandteori modellerer oppførselen til elektroner i faste stoffer ved å postulere eksistensen av energibånd. Den bruker vellykket materialets båndstruktur for å forklare mange fysiske egenskaper av faste stoffer. Band kan også bli sett på som den store grensen for molekylær orbital teori.

elektronene i et enkelt isolert atom opptar atomorbitaler, som danner et diskret sett med energinivåer. Hvis flere atomer blir samlet sammen i et molekyl, deles deres atomorbitaler i separate molekylorbitaler, hver med en annen energi. Dette gir en rekke molekylære orbitaler proporsjonal med antall valenselektroner. Når et stort antall atomer (1020 eller mer) blir samlet sammen for å danne et fast stoff, blir antall orbitaler overordentlig store. Følgelig blir forskjellen i energi mellom dem svært liten. I faste stoffer danner nivåene kontinuerlige bånd av energi i stedet for de diskrete energinivåene av atomene i isolasjon. Noen energiintervaller inneholder imidlertid ingen orbitaler, og danner båndgap. Dette konseptet blir viktigere i sammenheng med halvledere og isolatorer .

innenfor et energibånd kan energinivåer betraktes som et nærkontinuum av to grunner:

1. separasjonen mellom energinivåer i et fast stoff er sammenlignbar med energien som elektroner konstant utveksler med fononer (atomvibrasjoner).
2. denne separasjonen er sammenlignbar med energiusikkerheten på Grunn Av Heisenbergs usikkerhetsprinsipp for rimelig lange tidsintervaller. Som et resultat er separasjonen mellom energinivåer uten betydning.

Ledere

alle ledere inneholder elektriske ladninger, som vil bevege seg når en elektrisk potensialforskjell (målt i volt) påføres over separate punkter på materialet. Denne strømmen av ladning (målt i ampere) er det som kalles elektrisk strøm. I de fleste materialer er likestrømmen proporsjonal med spenningen (som bestemt Av Ohms lov), forutsatt at temperaturen forblir konstant og materialet forblir i samme form og tilstand.

De fleste kjente ledere er metalliske. Kobber er det vanligste materialet som brukes til elektriske ledninger . Sølv er den beste dirigenten, men det er dyrt. Fordi gull ikke korroderer, brukes det til overflate-til-overflate-kontakter av høy kvalitet. Imidlertid er det også mange ikke-metalliske ledere, inkludert grafitt, saltløsninger og alle plasma. Det er til og med ledende polymerer.

Termisk og elektrisk ledningsevne går ofte sammen. For eksempel forårsaker havet av elektroner at de fleste metaller virker både som elektriske og termiske ledere. Noen ikke-metalliske materialer er imidlertid praktiske elektriske ledere uten å være gode termiske ledere.