Bant teorisi, moleküler yörünge teorisine benzer ve katılarda elektronik davranış için bir model sağlar. İki veya daha fazla atom bir molekül olmak için bir araya geldiğinde, atomik orbitallerinin ayrı enerji seviyelerinde moleküler orbitaller oluşturacak şekilde üst üste geldiğini hatırlayın. Moleküldeki atom sayısı arttıkça moleküler orbitallerin sayısı da artar.

Katılar tipik olarak son derece fazla sayıda atoma sahiptir, bu nedenle tüm katı, son derece fazla sayıda yakın aralıklı moleküler orbital ile temsil edilecektir. Sonuç olarak, moleküler orbital grupları, elektronların işgal edebileceği sürekli enerji aralıkları veya bantları olarak düşünülebilecek kadar yakın yerleştirilecektir. Moleküler orbitaller gibi, bu bantlar da enerji boşluklarıyla ayrılır.

Boşluklar çok genişse, elektronlar geçemez. Bakır gibi iletkenlerde değerlik elektronları, birçok boş yörüngeye sahip bir bant içindedir. Valans elektronları, orbitaller arasında kolayca hareket edebilir ve elektronların katı içinden serbestçe akmasına izin verir.

Bu mobil elektronlar, katının iyi elektriksel iletkenliğinden sorumludur. Yarı iletken ve yalıtkan modelleri iki bandı dikkate alır:değerlik bandı, temel durumda elektronları içeren en yüksek enerji bandıdır ve iletim bandı, değerlik bandının hemen üzerindeki banttır. Değerlik bandı, iletken bandın boş yörüngelerine ulaşamazlarsa, değerlik elektronlarının katı boyunca hareket etme kabiliyetini sınırlayan boş orbitallere sahiptir veya hiç yoktur.

Bu, değerlik ve iletim bantları arasında büyük bir enerji boşluğuna veya bant boşluğuna sahip cam gibi yalıtkanlarda görülen davranıştır. Bu nedenle yalıtkanlar zayıf elektriksel iletkenlik sergiler. Bant aralığı küçükse, değerlik elektronları iletim bandına uyarılabilir ve oradaki boş orbitaller arasında serbestçe hareket edebilir.

Uyarılmış elektronların geride bıraktığı boş orbitaller, elektronların değerlik bandı içinde hareket etmesini de kolaylaştırır. Bu, silikon gibi yarı iletkenlerde görülen, metallerden daha az iletken ancak yalıtkanlardan daha iletken olan davranıştır.

İki veya daha fazla atom bir molekül oluşturmak için bir araya geldiğinde, atomik orbitalleri birleşir ve farklı enerjilere sahip moleküler orbitaller oluşur. Bir katı içinde, çok sayıda atom vardır ve bu nedenle moleküler orbitaller halinde birleştirilebilen çok sayıda atomik orbital vardır. Bu moleküler orbital grupları, bantlar olarak bilinen sürekli enerji bölgelerini oluşturmak için çok yakın yerleştirilmiştir.

Bu bantlar arasındaki enerji farkı bant aralığı olarak bilinir.

İletken, Yarı İletken ve İzolatörler

Elektriği iletmek için, değerlik elektronları katı boyunca hareket etmek için farklı enerjilerin yörüngelerini geçmelidir. Bu, bant aralığı tarafından belirlenir. İletkenlerdeki değerlik elektronları, birçok boş yörüngeye sahip bir bandı işgal eder. Bu nedenle, elektronları bu boş orbitallere taşımak için yalnızca küçük bir miktar enerji gerekir. Bu küçük enerji farkının üstesinden gelmek “kolaydır”, bu nedenle bunlar iyi elektrik iletkenleridir. Yarı iletkenler ve izolatörler iki tür bandı gözlemler - çok az veya hiç boş orbital içeren bir değerlik bandı ve boş orbitalleri olan bir iletim bandı. Değerlik bandı ile iletim bandı arasındaki enerji farkı veya bant boşluğu, elektronların hareket etme kolaylığına karar verir. İzolatörlerde, bant aralığı o kadar “büyüktür” ki çok az elektron iletim bandının boş yörüngelerine ulaşabilir; Sonuç olarak, izolatörler zayıf elektrik iletkenleridir. Öte yandan yarı iletkenler, nispeten küçük bant boşluklarına sahiptir. Sonuç olarak, elektronları değerlik bandının dolu yörüngelerinden dışarı ve iletim bandının boş yörüngelerine taşımak için “orta” miktarlarda enerji sağlandığında elektrik iletebilirler. Bu nedenle, yarı iletkenler yalıtkanlardan daha iyidir, ancak elektriksel iletkenlik açısından iletkenler kadar verimli değildir.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır Openstax, Chemistry 2e, Section 8.4 Molecular Orbital Theory.

Etiketler

PLAYLIST