Wprowadzenie do chemii

terminy

• metalkażda liczba pierwiastków chemicznych w układzie okresowym, które tworzą wiązanie metaliczne z innymi atomami metalu; na ogół błyszczące, nieco plastyczne i twarde, często przewodnikiem ciepła i elektryczności.
• Orbital cząsteczkowy kwantowe mechaniczne zachowanie elektronu w cząsteczce opisujące prawdopodobieństwo konkretnej pozycji i energii elektronu; przybliżone przez liniową kombinację orbitali atomowych.
• woltagromadzenie potencjału elektrostatycznego między dwoma punktami w przestrzeni.

przewody a Izolatory

Przewód to materiał zawierający ruchome ładunki elektryczne. W przewodnikach metalicznych, takich jak miedź lub aluminium, ruchome naładowane cząstki to elektrony. Ładunki dodatnie mogą być również ruchome, takie jak kationowy elektrolit(e) akumulatora lub ruchome protony protonu przewodnika ogniwa paliwowego. Izolatory są materiałami nieprzewodzącymi z niewielką ilością ładunków ruchomych; przenoszą tylko nieznaczne prądy elektryczne.

opisując Przewodniki za pomocą koncepcji teorii pasm, najlepiej skupić się na przewodnikach przewodzących energię elektryczną za pomocą ruchomych elektronów. Zgodnie z teorią pasma, dyrygent jest po prostu materiałem, który ma swoje pasmo walencyjne i pasmo przewodnictwa nakładające się, umożliwiając elektronom przepływ przez materiał przy minimalnym przyłożonym napięciu.

teoria pasmowa

w fizyce ciała stałego struktura pasmowa ciała stałego opisuje te zakresy energii, zwane pasmami energii, które elektron w ciele stałym może mieć („dozwolone pasma”) i zakresy energii zwane przerwami pasmowymi („zakazane pasma”), których może nie mieć. Teoria pasm modeluje zachowanie elektronów w ciałach stałych, postulując istnienie pasm energetycznych. Z powodzeniem wykorzystuje strukturę Pasma materiału do wyjaśnienia wielu właściwości fizycznych ciał stałych. Pasma mogą być również postrzegane jako wielkoskalowa granica teorii orbitali molekularnych.

elektrony pojedynczego izolowanego atomu zajmują orbitale atomowe, które tworzą dyskretny zestaw poziomów energetycznych. Jeśli kilka atomów jest połączonych w cząsteczkę, ich orbitale atomowe dzielą się na oddzielne orbitale molekularne, z których każdy ma inną energię. W ten sposób powstaje liczba orbitali cząsteczkowych proporcjonalna do liczby elektronów walencyjnych. Gdy duża liczba atomów (1020 lub więcej) jest połączona w ciało stałe, liczba orbitali staje się niezwykle duża. W związku z tym różnica w energii między nimi staje się bardzo mała. Tak więc w ciałach stałych poziomy tworzą ciągłe pasma energii, a nie dyskretne poziomy energii atomów w izolacji. Jednak niektóre interwały energii nie zawierają orbitali, tworząc przerwy pasma. Koncepcja ta staje się coraz ważniejsza w kontekście półprzewodników i izolatorów .

w obrębie pasma energetycznego poziomy energii można uznać za bliskie kontinuum z dwóch powodów:

1. rozdzielenie poziomów energii w ciele stałym jest porównywalne z energią, którą elektrony stale wymieniają z fononami (drgania atomowe).
2. ta separacja jest porównywalna z niepewnością energetyczną wynikającą z zasady nieoznaczoności Heisenberga dla stosunkowo długich odstępów czasu. W rezultacie separacja między poziomami energii nie ma znaczenia.

Przewody

wszystkie przewody zawierają ładunki elektryczne, które poruszają się, gdy różnica potencjału elektrycznego (mierzona w woltach) zostanie zastosowana w oddzielnych punktach na materiale. Ten przepływ ładunku (mierzony w amperach) jest określany jako prąd elektryczny. W większości materiałów prąd stały jest proporcjonalny do napięcia (zgodnie z prawem Ohma), pod warunkiem, że temperatura pozostaje stała, a materiał pozostaje w tym samym kształcie i stanie.

większość znanych przewodników jest metaliczna. Miedź jest najczęstszym materiałem używanym do okablowania elektrycznego . Srebro jest najlepszym przewodnikiem, ale jest drogie. Ponieważ złoto nie koroduje, jest używane do wysokiej jakości styków powierzchniowych. Istnieje jednak również wiele przewodników niemetalicznych, w tym grafit, roztwory soli i wszystkie plazmy. Istnieją nawet polimery przewodzące.

przewodność cieplna i elektryczna często idą w parze. Na przykład morze elektronów powoduje, że większość metali działa zarówno jako przewodniki elektryczne, jak i termiczne. Jednak niektóre materiały niemetaliczne są praktycznymi przewodnikami elektrycznymi, nie będąc dobrymi przewodnikami termicznymi.