Valens elektronlar və elektrik keçiriciliğin nə olduğunu müəllim?

Valens elektronlar və elektrik iletkenliyi nədir?

Valens elektronların tərif

Atom protonlar və neytronlardan ibarət bir çekirdek və onun etrafındakı elektronlardan ibarətdir. Çekirdek müsbət yüklüdür, elektronlar isə mənfi yüklüdür. Atomlar elektrik cəhətdən neutraldır, çünki onlarda proton və elektron sayı bərabərdir.

Atomdakı elektronlar enerji səviyyələrinə görə qatllarda yerləşir. Çekirdeyə ən yaxın olan qat ən aşağı enerjiyə malikdir, ən uzaq olan qat isə ən yüksək enerjiyə malikdir. Hər bir qat elektronlar üçün maksimum kapasitəsi var: ilk qat 2, ikinci qat 8 və s. kimi.

Valens elektronlar atomların ən dış qatındakı elektronlardır. Onlar kimyaqa bağlılıqda iştirak edir və elektrik sahaları və ya maqnit sahaları tərəfindən təsirlənə bilərlər. Valens elektronların sayı elementə görə 1-8 arasında dəyişir.

Valens elektronlar elementin fiziki, kimyaqi və elektrik xüsusiyyətlərini müəyyənləşdirməkdə əhəmiyyətli rol oynayır. Oxşar valens elektron sayına malik olan elementlər oxşar reaktivlik və bağlanma növlərinə malik olurlar. Fərqli valens elektron sayı fərqli elektrik iletkenliklər və material növləri yaradır.

Elektrik iletkenliyi

Elektrik iletkenliyi, materialın elektrik akımını nə qədər asanlıqla keçirdiyi ölçülür. Elektrik akımı, adətən azad elektronlar və ya ionlar tərəfindən taşınan hərəkət edən elektrik züllərdən ibarətdir. Yüksək iletkenlik malzemələri asanlıqla elektrik akımı keçirir, alçaq iletkenlik malzemələri isə ona qarşıdadır.

Materialın elektrik iletkenliyi, temperatur, struktur, kompozisiya və safalıq kimi bir çox amillərə bağlıdır. Amma ən vacib amillərdən biri materialda olan və onun davranışını təyin edən azad elektronların sayıdır.

Azad elektronlar, ana atomlarına sıx bağlı olmayan və materialın içində asanlıqla hərəkət edə bilən valens elektronlardır. Bu elektronlar, tətbiq edilən elektrik sahasına və ya potensial fərqinə cavab verərək bir istiqamətə sürüşməyə başlayaraq elektrik akımı yaradır.

Materialdakı azad elektronların sayı və davranışları, onun komponent atomlarının valens elektron sayına bağlıdır. Ümumiyyətlə, az valens elektron sayına malik olan materiallarda daha çox azad elektron, çox valens elektron sayına malik olan materiallarda isə az azad elektron olur.

Elektrik iletkenlikləri və valens elektron sayılarına görə materiallar üç əsas qrupa bölünə bilər: ileticilər, yarıileticilər və izolyatorlar.

Ileticilər

Ileticilər, çox azad elektronu olan və elektrik akımını asanlıqla keçirə bilən materiallardır. Ileticilərin atomlarında adətən bir, iki və ya üç valens elektronu var. Bu valens elektronların enerji səviyyəsi yüksəkdir və ana atomlarına sıx bağlı deyil. Onlar elektrik sahası və ya potensial fərq tətbiq edildikdə asanlıqla atomlarından ayrılabilir və ya materialın içində hərəkət edə bilər.

Çoxsaylı metal elektrik ileticiləridir, çünki onların atomlarında az valens elektronu var. Məsələn, mis ən sonuncu qatında bir valens elektron, maqs ən sonuncu qatında iki valens elektron, alüminium ən sonuncu qatında üç valens elektronu var. Bu metallar kristall strukturlarında çox azad elektronu var və elektrik sahası tətbiq edildikdə asanlıqla hərəkət edə bilər.

Bəzi metalaşdırıcılar belə bir şərtlər altında ileticilər kimi davranabilir. Məsələn, grafit (karbonun bir forması) atomlarında dörd valens elektronu var, lakin bu elektronlardan üçü digər karbon atomları ilə heksagonal qızılada bağlanmaq üçün istifadə olunur. Dördüncü valens elektron, elektrik sahası tətbiq edildikdə qızılada asanlıqla hərəkət edə bilər.

Yarıileticilər

Yarıileticilər, belə bir şərtlər altında elektrik akımını keçirə bilən az azad elektronu olan materiallardır. Yarıileticilər, karbon, silisium və germanium kimi atomlarında dörd valens elektronu olan materiallardır. Bu valens elektronlar, digər atomlarla düzlük qızılada bağlanmaq üçün istifadə olunur. Lakin otaq temperaturasında, bu valens elektronlardan bazısı, bağlarından ayrılacaq qədər kifayət qədər enerji əldə edə bilər və azad elektronlar olurlar. Bu azad elektronlar, elektrik sahası tətbiq edildikdə elektrik akımı keçirə bilər.

Lakin, saf yarıileticilərdə azad elektron sayı çox aşağıdır və elektrik iletkenlik çox pisdir. Bu səbəbdən, yarıileticilər, ana atomlardan daha çox və ya daha az valens elektronlu impuritet atomları ilə doyulanır. Bu, yarıileticidə azad elektronların artması və ya azalmasına səbəb olur, bu da onun elektrik iletkenliyini artırır.

Doyma iki növdür: n-tipi və p-tipi. N-tipi doymada, beş valens elektronlu, məsələn fosfor və ya arsenik kimi impuritet atomları yarıileticide əlavə edilir. Bu atomlar yarıileticide bir valens elektron verir, bu da mənfi yük nöqtəsi olan elektron yaradır. P-tipi doymada, üç valens elektronlu, məsələn bor və ya gallium kimi impuritet atomları yarıileticide əlavə edilir. Bu atomlar yarıileticdən bir valens elektronu qəbul edir, bu da müsbət yük nöqtəsi olan qazac yaradır.

Yarıileticilər, tranzistorlar, diodlar, güneş pilləri, LED-lər, lazerlər və inteqral şəmalar kimi müxtəlif elektron cihazlarda geniş istifadə olunur. Bu cihazlar, yarıileticilərin unikal xüsusiyyətlərindən, məsələn, ileticilik və izolyator hallar arasında keçid yetərinciliyindən, işığa və temperaturaya həssaslıqdan və digər materiallarla uyğunlaşmasından istifadə edirlər.

Izolyatorlar

Izolyatorlar, çox az və ya heç bir azad elektronu olmadığından elektrik akımını keçirə bilməyən materiallardır. Izolyatorların atomlarında adətən beş və ya daha çox valens elektronu var. Bu valens elektronlar, ana atomlarına sıx bağlıdırlar və onları ayırmaq və ya heyecand acaq qədər çox enerji tələb edilir. Bu səbəbdən, izolyatorlar, tətbiq edilən elektrik sahasına və ya potensial fərqinə cavab verməyirlər və elektrik akımının axınına qarşıdadırlar.

Çoxsaylı metalaşdırıcılar, atomlarında çox valens elektronu olduğu üçün elektrik ileticiləri kimi davranırlar. Məsələn, azot atomlarında beş valens elektron, kükürt atomlarında altı valens elektron, neon atomlarında səkkiz valens elektron var. Bu elementlərin strukturu nda heç bir azad elektron yoxdur və elektrik akımı onların içindən keçə bilməz.

Bəzi materiallar, belə bir şərtlər altında izolyatorlar kimi davranabilir. Məsələn, cam və lastik, otaq temperaturasında yaxşı izolyatorlardır, lakin yüksək temperaturda, valens elektronlardan bazısı kifayət qədər enerji əldə edərək azad elektronlar olaraq çevrilir və elektrik ileticiləri kimi davranır.

Izolyatorlar, elektrik akımının istenməyən və ya lazımsız yerlərdə axmağını qorumaq üçün istifadə olunur. Məsələn, izolyatorlar, kabloları qısaldıqlar və elektrik şoklarından qorumaq üçün örtülür. Izolyatorlar, elektron cihazları və ya şəbəkələrin fərqli hissələrini ayırmaq və istenməyən təsirləri və təsirgörüşmələri önəmək üçün də istifadə olunur.

Nəticə

Valens elektronlar, atomun ən dış qatındakı elektronlardır və kimyaqa bağlılıqda və elektrik akımında iştirak edə bilərlər. Valens elektronların sayı və yerləşməsi, elementin bir çox fiziki, kimyaqi və elektrik xüsusiyyətlərini müəyyənləşdirir.

Elektrik iletkenliyi, materialın elektrik akımını nə qədər asanlıqla keçirdiyi ölçülür. Elektrik iletkenliyi, materialda olan və onun davranışını təyin edən azad elektronların sayı kimi bir çox amillərə bağlıdır.

Elektrik iletkenlikləri və valens elektron sayılarına görə materiallar üç əsas qrupa bölünə bilər: ileticilər, yarıileticilər və izolyatorlar.

Ileticilər, çox azad elektronu olan və elektrik akımını asanlıqla keçirə bilən materiallardır. Ileticilərin atomlarında adətən bir, iki və ya üç valens elektronu var.

Yarıileticilər, belə bir şərtlər altında elektrik akımını keçirə bilən az azad elektronu olan materiallardır. Yarıileticilərin atomlarında adətən dörd valens elektronu var.

Izolyatorlar, çox az və ya heç bir azad elektronu olmadığından elektrik akımını keçirə bilməyən materiallardır. Izolyatorların atomlarında adətən beş və ya daha çox valens elektronu var.

Bu materiallar, tranzistorlar, diodlar, güneş pilləri, LED-lər, lazerlər və inteqral şəmalar kimi müxtəlif elektron cihazlarda istifadə olunur. Bu cihazlar, bu materialların unikal xüsusiyyətlərindən, məsələn, ileticilik və izolyator hallar arasında keçid yetərinciliyindən, işığa və temperaturaya həssaslıqdan və digər materiallarla uyğunlaşmasından istifadə edirlər.