Una definizione di bande di valenza

Una definizione di bande di valenza

Chimici si basano su due diverse teorie del legame chimico, entrambi i quali ha avuto origine nel 1920: teoria del legame di Valenza e teoria degli orbitali molecolari. Teoria degli orbitali molecolari è più utile per i calcoli ed è anche meglio a spiegare che alcuni fenomeni scienziati osservare in natura. È particolarmente utile per comprendere la conduzione elettrica nei semiconduttori in termini di banda di Valenza, banda di conduzione e banda proibita.

Teoria degli orbitali molecolari

Quando forma di atomi legami a vicenda, gli orbitali atomici dei singoli atomi si combinano per orbitali molecolari di forma che si sviluppa su dell'intera molecola. Il numero di orbitali molecolari formata è uguale al numero di orbitali atomici combinati. Come due onde, gli orbitali atomici possono interferire in modo costruttivo dove si sovrappongono, nel qual caso formano un orbitale di legame che ha energia più bassa che la disposizione originale. In alternativa, possono interferire in maniera distruttiva, nel qual caso formano un orbitale di antilegame che ha una maggiore energia rispetto la disposizione originale.

Orbitale molecolare nei solidi

Teoria degli orbitali molecolari considera una lastra di rame metallo e altri solidi simili come una molecola gigante. La combinazione di orbitali atomici tante dà luogo a un numero molto elevato di orbitali molecolari ravvicinate. La differenza di energia tra questi orbitali molecolari è abbastanza piccola che formano bande quasi continua. Gli orbitali molecolari occupati formano la banda di Valenza, che si trova sotto la fascia di conduzione di alto-energia. Gli elettroni che hanno sufficiente energia per occupare la fascia di conduzione possono muoversi liberamente in tutto il materiale.

Isolatori e conduttore

In un isolante, la banda di valenza è separata dalla banda di conduzione di una grande differenza in energia chiamata band gap. Eccitante un elettrone dalla banda di valenza alla banda di conduzione sarebbe prendere una grande quantità di energia; di conseguenza, i materiali di questo tipo sono molto cattivi conduttori. In un buon conduttore come il rame metallo, al contrario, la banda di Valenza e banda di conduzione in realtà si sovrappongono, così alcune frazioni di elettroni di valenza possono muoversi liberamente in tutto il metallo.

Semiconduttori

I semiconduttori sono una situazione piuttosto singolare. Un semiconduttore ha un band gap, ma il gap di banda è molto inferiore a quelli trovati in isolatori. Riscaldamento del semiconduttore in realtà aumenta la sua conducibilità, poiché alcuni elettroni possono essere in grado di raggiungere la fascia di conduzione. Drogaggio del semiconduttore o trattandolo per aggiungere impurità aggiunge ulteriori livelli di energia nella parte superiore della banda di valenza o appena sotto la fascia di conduzione. Nel primo caso, i nuovi livelli di energia sono "fori" che possono ospitare ulteriori elettroni e il semiconduttore è denominato un p-tipo. In quest'ultimo caso, le impurità donano elettroni supplementari per il semiconduttore, che viene chiamato un n-tipo.