11.18: Теория полос

Когда два или более атомов объединяются, образуя молекулу, их атомные орбитали объединяются и получаются молекулярные орбитали различных энергий. В твердом виде существует большое количество атомов, и поэтому большое количество атомных орбиталей, которые могут быть объединены в молекулярные орбитали. Эти группы молекулярных орбиталей настолько тесно связаны друг с другом, чтобы сформировать непрерывные области энергий, известные как полосы.

Разница в энергопотреблении между этими диапазонами называется разницей частот.

Проводник, полупроводник и изоляторы

Для проведения электричества, валентные электроны должны пересекать орбитальные частицы различных энергий, чтобы двигаться по всему массиву. Это определяется зазором ленты. Электроны валентности в проводниках занимают полосу, в которой много пустых орбиталей. Таким образом, для перемещения электронов к этим пустым орбитам требуется лишь небольшое количество энергии. Эта небольшая разница в энергопотреблении “легко” преодолеть, так что они являются хорошими проводниками электричества. Полупроводники и изоляторы наблюдают за двумя типами полос — валентной полосой, с немногими до непустыми орбиталями, и полосой проводимости, с пустыми орбиталями. Разница в энергии или разрыв полосы между полосой валентности и полосой проводимости определяет легкость, с которой могут двигаться электроны. В изоляторах полоса пропускания настолько “велика”, что очень мало электронов может достичь пустых орбиталей полосы проводимости; в результате изоляторы являются плохими проводниками электричества. Полупроводники, с другой стороны, имеют сравнительно небольшие разрывы в полосе частот. В результате, они могут проводить электричество, когда “умеренные” количества энергии предоставляются для того, чтобы переместить электроны из заполненных орбит диапазона валентности и в пустые орбита полосы проводимости. Таким образом, полупроводники лучше изоляторов, но не так эффективны, как проводники с точки зрения электропроводности.

Этот текст был адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 8.4 молекулярная орбитальная теория.