Wat is Valensielektrone en Elektriese Geleidigheid?

Wat is Valensie-elektrone en Elektriese Geleidbaarheid?

Definisie van Valensie-elektrone

'n Atoom bestaan uit 'n kern wat protonne en neutronne bevat, met elektrone in skilpe daaromheen. Die kern is positief gelaa, en die elektrone is negatief gelaa. Atome is elektries neutraal omdat hulle gelyke getalle protonne en elektrone het.

Elektrone in 'n atoom word in skilpe gerangskik op grond van hul energieniveaus. Die skilp wat die naaste by die kern is, het die laagste energie, terwyl die verste skilp die hoogste energie het. Elke skilp het 'n maksimum kapasiteit vir elektrone: die eerste skilp hou tot 2, die tweede tot 8, en so voort.

Valensie-elektrone is die elektrone in die buiteste skilp van atome. Hulle neem deel aan chemiese binding en kan deur elektriese of magneetvelds beïnvloed word. Die aantal valensie-elektrone varieer van 1 tot 8, afhangende van die element.

Valensie-elektrone is krities om die fisiese, chemiese en elektriese eienskappe van 'n element te bepaal. Elemente met soortgelyke valensie-elektrone het gewoonlik soortgelyke reaktiviteit en bindtipes. Verskillende getalle valensie-elektrone lei tot verskillende elektriese geleidbaarhede en materiaaltipes.

Elektriese Geleidbaarheid

Elektriese geleidbaarheid meet hoe goed 'n materiaal elektriese stroom laat vloei. Elektriese stroom bestaan uit bewegende elektriese ladinge, gewoonlik gedra deur vry elektrone of ionne. Materiale met hoë geleidbaarheid lei maklik stroom, terwyl materiale met lae geleidbaarheid dit weerstaan.

Die elektriese geleidbaarheid van 'n materiaal hang af van verskeie faktore, soos sy temperatuur, struktuur, samestelling, en puurheid. Echter, een van die belangrikste faktore is die aantal en gedrag van vry elektrone in die materiaal.

Vry elektrone is valensie-elektrone wat nie styf gebonde is aan hul ouer-atome nie en kan vry binne die materiaal beweeg. Hierdie is die elektrone wat kan reageer op 'n toegepasde elektriese veld of potensiaalverskil en drift in een rigting, 'n elektriese stroom skeppend.

Die aantal en gedrag van vry elektrone in 'n materiaal word bepaal deur die aantal valensie-elektrone in sy bestanddeel-atome. Algemeen gesproke, materiale met minder valensie-elektrone het meer vry elektrone, terwyl materiale met meer valensie-elektrone minder vry elektrone het.

Op grond van hul elektriese geleidbaarheid en hul aantal valensie-elektrone, kan materiale in drie hoofgroeppe geklassifiseer word: geleiders, halfgeleiders, en isolators.

Geleiders

Geleiders is materiale wat hoë elektriese geleidbaarheid het omdat hulle baie vry elektrone het wat maklik 'n elektriese stroom kan dra. Geleiders het gewoonlik een, twee, of drie valensie-elektrone in hul atome. Hierdie valensie-elektrone het hoë energieniveaus en is los aan hul ouer-atome gebonde. Hulle kan maklik van hul atome loskom of binne die materiaal beweeg wanneer 'n elektriese veld of potensiaalverskil toegepas word.

Die meeste metaale is goeie geleiders van elektrisiteit omdat hulle weinig valensie-elektrone in hul atome het. Byvoorbeeld, koper het een valensie-elektron, magnesium het twee valensie-elektrone, en aluminium het drie valensie-elektrone. Hierdie metaale het baie vry elektrone in hul kristalstruktuur wat vry kan beweeg wanneer 'n elektriese veld toegepas word.

Sommige niet-metaale kan ook as geleiders optree onder sekere omstandighede. Byvoorbeeld, grafiet (een vorm van koolstof) het vier valensie-elektrone in sy atome, maar net drie van hulle word gebruik vir binding met ander koolstofatome in 'n heksagonaal rooster. Die vierde valensie-elektron is vry om langs die rooster te beweeg wanneer 'n elektriese veld toegepas word.

Halfgeleiders

Halfgeleiders is materiale wat matige elektriese geleidbaarheid het omdat hulle weinig vry elektrone het wat 'n elektriese stroom kan dra onder sekere omstandighede. Halfgeleiders is materiale wat vier valensie-elektrone in hul atome het, soos koolstof, silikon, en germanium. Hierdie valensie-elektrone word gebruik vir binding met ander atome in 'n gereelde roosterstruktuur. Echter, by kamertemperatuur, kan sommige van hierdie valensie-elektrone genoeg energie bekom om vry te breek van hul bindings en vry elektrone te word. Hierdie vry elektrone kan dan 'n elektriese stroom dra wanneer 'n elektriese veld toegepas word.

Echter, die aantal vry elektrone in 'n pure halfgeleider is baie laag, en die elektriese geleidbaarheid is baie swak. Daarom word halfgeleiders dikwels met onreinheid-atome gestoei wat óf meer óf minder valensie-elektrone as die gasheer-atome het. Dit skep 'n oorskot of 'n tekort aan vry elektrone in die halfgeleider, wat sy elektriese geleidbaarheid verhoog.

Daar is twee tipes doping: n-tipe en p-tipe. By n-tipe doping word onreinheid-atome met vyf valensie-elektrone, soos fosfor of arseen, by die halfgeleider gevoeg. Hierdie atome gee een ekstra valensie-elektron aan die halfgeleider, 'n negatiewe ladingsdrager, 'n elektron, skeppend. By p-tipe doping word onreinheid-atome met drie valensie-elektrone, soos boor of gallium, by die halfgeleider gevoeg. Hierdie atome aanvaar een valensie-elektron van die halfgeleider, 'n positiewe ladingsdrager, 'n holte, skeppend.

Halfgeleiders word wyd gebruik in verskeie elektroniese toestelle, soos transistors, diodes, sonenergie-selle, lig-emittierende diodes (LEDs), lasers, en geïntegreerde skake. Hierdie toestelle benut die unieke eienskappe van halfgeleiders, soos hul vermoë om tussen geleidende en isolateerende toestande te switser, hul sensitiwiteit vir lig en temperatuur, en hul verenigbaarheid met ander materiale.

Isolators

Isolators is materiale wat lae elektriese geleidbaarheid het omdat hulle baie min of geen vry elektrone het wat 'n elektriese stroom kan dra. Isolators het gewoonlik vyf of meer valensie-elektrone in hul atome. Hierdie valensie-elektrone is sterk aan hul ouer-atome gebonde en vereis baie energie om los te kom of opgewek te word. Dus, isolators reageer nie op 'n toegepasde elektriese veld of potensiaalverskil nie en weerstaan of blokkeer die vloei van elektriese stroom.

Die meeste niet-metaale is goeie isolators van elektrisiteit omdat hulle baie valensie-elektrone in hul atome het. Byvoorbeeld, stikstof het vyf valensie-elektrone, swael het ses valensie-elektrone, en neon het agt valensie-elektrone. Hierdie elemente het geen vry elektrone in hul struktuur en laat nie elektriese stroom vloei nie.

Sommige materiale kan ook as isolators optree onder sekere omstandighede. Byvoorbeeld, glas en rubber is goeie isolators by kamertemperatuur, maar kan geleiders word by hoë temperature wanneer sommige van hul valensie-elektrone genoeg energie bekom om vry elektrone te word.

Isolators word hoofsaaklik gebruik om elektriese stroom te verhoed waar dit nie gewenst of nodig is nie. Byvoorbeeld, isolators word gebruik om drade en kabels te bedek om hulle te beskerm teen kortsluitings en elektriese skokke. Isolators word ook gebruik om verskillende dele van 'n elektroniese toestel of skema te skei om ongewensde interaksies of interferensie te verhoed.

Konklusie

Valensie-elektrone is die elektrone in die buiteste skilp van 'n atoom wat kan deelneem aan chemiese binding en elektriese stroom. Die aantal en rangskikking van valensie-elektrone bepaal baie fisiese, chemiese en elektriese eienskappe van 'n element.

Elektriese geleidbaarheid is 'n maatstaf van hoe goed 'n materiaal 'n elektriese stroom kan laat vloei. Elektriese geleidbaarheid hang af van verskeie faktore, soos die aantal en gedrag van vry elektrone in die materiaal.

Op grond van hul elektriese geleidbaarheid en hul aantal valensie-elektrone, kan materiale in drie hoofgroeppe geklassifiseer word: geleiders, halfgeleiders, en isolators.

Geleiders het hoë elektriese geleidbaarheid omdat hulle baie vry elektrone het wat maklik 'n elektriese stroom kan dra. Geleiders het gewoonlik een, twee, of drie valensie-elektrone in hul atome.

Halfgeleiders het matige elektriese geleidbaarheid omdat hulle weinig vry elektrone het wat 'n elektriese stroom kan dra onder sekere omstandighede. Halfgeleiders het gewoonlik vier valensie-elektrone in hul atome.

Isolators het lae elektriese geleidbaarheid omdat hulle baie min of geen vry elektrone het wat 'n elektriese stroom kan dra. Isolators het gewoonlik vyf of meer valensie-elektrone in hul atome.

Hierdie materiale het verskillende toepassings in verskeie elektroniese toestelle, soos transistors, diodes, sonenergie-selle, LEDs, lasers, en geïntegreerde skake. Hierdie toestelle benut die unieke eienskappe van hierdie materiale, soos hul vermoë om tussen geleidende en isolateerende toestande te switser, hul sensitiwiteit vir lig en temperatuur, en hul verenigbaarheid met ander materiale.