Kio estas Valencaj Elektronoj kaj Elektra Kondukemecon?

Kio estas Valencaj Elektronoj kaj Elektra Kondukado?

Difino de Valencaj Elektronoj

Atomo konsistas el nukleuso enhavanta protonojn kaj neutronojn, kun elektronoj en skaloj ĉirkaŭ ĝi. La nukleuso estas pozitive ŝarĝita, dum la elektronoj estas negative ŝarĝitaj. Atomoj estas elektroneŭtralaj ĉar ili havas egalan nombron da protonoj kaj elektronoj.

Elektronoj en atomo estas aranĝitaj en skaloj laŭ iliaj energianivele. La plej proksima skalo al la nukleuso havas la plej malaltan energion, dum la plej fora skalo havas la plej altan energion. Ĉiu skalo havas maksimuman kapaciton por elektronoj: la unua skalo povas enhavi ĝis 2, la dua ĝis 8, ktp.

Valencaj elektronoj estas la elektronoj en la plej fora skalo de atomoj. Ili partoprenas en kemiaj ligoj kaj povas esti influataj per elektraj kampoj aŭ magnetaj kampoj. La nombro de valencaj elektronoj varias de 1 ĝis 8, depende de la elemento.

Valencaj elektronoj estas gravaj por determini la fizikajn, kemajn kaj elektrajn ecojn de elemento. Elementoj kun simila nombro de valencaj elektronoj kutime havas similan reaktivecon kaj tipojn de ligo. Diferentaj nombroj de valencaj elektronoj rezultigas malsamajn elektrajn konduktadon kaj materialajn tipojn.

Elektra Kondukado

Elektra kondukado mezuras kiom bone materialo permesas elektran koranton fluigi tra ĝi. Elektra koranto konsistas el movantaj elektraj ŝarĝoj, kutime portitaj per libera elektronoj aŭ ionoj. Materialoj kun alta kondukado facile kondukas koranton, dum materialoj kun malalta kondukado resistas ĝin.

La elektra kondukado de materialo dependas de pluraj faktoroj, kiel ekzemple ĝia temperaturo, strukturo, kompozicio kaj pureco. Tamen, unu el la plej gravaj faktoroj estas la nombro kaj konduto de liberaj elektronoj en la materialo.

Liberaj elektronoj estas valencaj elektronoj, kiuj ne estas forte ligitaj al siaj matro-atomoj kaj povas libere moviĝi en la materialo. Tiuj estas la elektronoj, kiuj povas reagi al aplika elektra kampo aŭ potenciala diferenco kaj drifti en unu direkto, kreante elektran koranton.

La nombro kaj konduto de liberaj elektronoj en materialo estas determinitaj per la nombro de valencaj elektronoj en ĝiaj konstituaj atomoj. Ĝenerale, materialoj kun pli malgranda nombro de valencaj elektronoj tendencas havi pli multajn liberajn elektronojn, dum materialoj kun pli granda nombro de valencaj elektronoj tendencas havi pli malmultajn liberajn elektronojn.

Surbaze de ilia elektra kondukado kaj ilia nombro de valencaj elektronoj, materialoj povas esti klasifikitaj en tri ĉefajn grupojn: konduktoroj, duonkonduktoroj kaj izoliloj.

Konduktoroj

Konduktoroj estas materialoj, kiuj havas altan elektran kondukadon ĉar ili havas multajn liberajn elektronojn, kiuj facile povas porti elektran koranton. Konduktoroj kutime havas unu, du aŭ tri valencajn elektronojn en siaj atomoj. Tiuj valencaj elektronoj havas altajn energianivelejn kaj estas malsekure ligitaj al siaj matro-atomoj. Ili povas facile detachiĝi de siaj atomoj aŭ moviĝi en la materialo, kiam elektra kampo aŭ potenciala diferenco estas aplikita.

Plej multaj metaloj estas bonaj konduktoroj de elektrico ĉar ili havas malplenan nombron de valencaj elektronoj en siaj atomoj. Ekzemple, kupro havas unu valencan elektronon, magnezio havas du valencajn elektronojn, kaj alumio havas tri valencajn elektronojn. Tiuj metaloj havas multajn liberajn elektronojn en sia kristala strukturo, kiuj povas libere moviĝi, kiam elektra kampo estas aplikita.

Iuj nemetaloj ankaŭ povas agi kiel konduktoroj sub certaj kondiĉoj. Ekzemple, grafito (formo de karbono) havas kvar valencajn elektronojn en siaj atomoj, sed nur tri el ili estas uzitaj por ligo kun aliaj karbonaj atomoj en heksagona reto. La kvara valenca elektrono estas libera por moviĝi laŭ la reto, kiam elektra kampo estas aplikita.

Duonkonduktoroj

Duonkonduktoroj estas materialoj, kiuj havas moderan elektran kondukadon ĉar ili havas malmultajn liberajn elektronojn, kiuj povas porti elektran koranton sub certaj kondiĉoj. Duonkonduktoroj estas materialoj, kiuj havas kvar valencajn elektronojn en siaj atomoj, kiel ekzemple karbono, silico kaj germanio. Tiuj valencaj elektronoj estas uzitaj por ligo kun aliaj atomoj en regula retostrukturo. Tamen, je ĉambrotemperaturo, iuj el tiuj valencaj elektronoj povas akiri sufiĉan energion por rompi siajn ligojn kaj fariĝi liberaj elektronoj. Tiuj liberaj elektronoj tiam povas porti elektran koranton, kiam elektra kampo estas aplikita.

Tamen, la nombro de liberaj elektronoj en pura duonkonduktoro estas tre malalta, kaj la elektra kondukado estas tre mala. Tial, duonkonduktoroj ofte estas dopitaj per impuraj atomoj, kiuj havas aŭ pli aŭ malpli valencajn elektronojn ol la gastaj atomoj. Tio kreas superfluan aŭ defekton de liberaj elektronoj en la duonkonduktoro, kio pligrandigas ĝian elektran kondukadon.

Estas du tipoj de dopado: n-tipo kaj p-tipo. En n-tipa dopado, impuraj atomoj kun kvin valencaj elektronoj, kiel fosforo aŭ arseniko, estas aldonaĵoj al la duonkonduktoro. Tiuj atomoj donacas unu ekstran valencan elektronon al la duonkonduktoro, krei negativan ŝarĝon, nomitan elektrono. En p-tipa dopado, impuraj atomoj kun tri valencaj elektronoj, kiel borono aŭ galio, estas aldonaĵoj al la duonkonduktoro. Tiuj atomoj akceptas unu valencan elektronon de la duonkonduktoro, krei pozitivan ŝarĝon, nomitan truo.

Duonkonduktoroj estas vaste uzataj en diversaj elektronikaj aparatoj, kiel transistoroj, diodoj, sunĉeluloj, lumemittantaj diodoj (LED), laserjoj kaj integritaj cirkvitoj. Tiuj aparatoj ekspluatas la unikajn ecojn de duonkonduktoroj, kiel ilia kapablo ŝalti inter konduktadostatoj, ilia sensibro al lumo kaj temperaturo, kaj ilia kompatibileco kun aliaj materialoj.

Izoliloj

Izoliloj estas materialoj, kiuj havas malaltan elektran kondukadon ĉar ili havas tre malplenan nombron aŭ nenion da liberaj elektronoj, kiuj povas porti elektran koranton. Izoliloj kutime havas kvin aŭ pli da valencaj elektronoj en siaj atomoj. Tiuj valencaj elektronoj estas forte ligitaj al siaj matro-atomoj kaj bezonas multan energion por detachiĝi aŭ eksiti. Tial, izoliloj ne respondas al aplika elektra kampo aŭ potenciala diferenco kaj resistas aŭ blokas la flugon de elektra koranto.

Plej multaj nemetaloj estas bonaj izoliloj de elektrico ĉar ili havas multajn valencajn elektronojn en siaj atomoj. Ekzemple, azoto havas kvin valencajn elektronojn, sulfurhavas ses valencajn elektronojn, kaj neonhavas ok valencajn elektronojn. Tiuj elementoj havas nenion da liberaj elektronoj en sia strukturo kaj ne permesas elektran koranton fluigi tra ili.

Iuj materialoj ankaŭ povas agi kiel izoliloj sub certaj kondiĉoj. Ekzemple, glaso kaj gumo estas bonaj izoliloj je ĉambrotemperaturo, sed povas fariĝi konduktoroj je alta temperaturo, kiam iuj de iliaj valencaj elektronoj akiras sufiĉan energion por fariĝi liberaj elektronoj.

Izoliloj estas ĉefe uzataj por preveni elektran koranton fluigi kie ĝi ne estas dezirata aŭ necesa. Ekzemple, izoliloj estas uzataj por kovri dratojn kaj kablojn por protekti ilin kontraŭ kortkurtoj kaj elektraj šokoj. Izoliloj ankaŭ estas uzataj por apartigi malsamajn partojn de elektronika aparato aŭ cirkvito por preveni nevolajn interagojn aŭ interferojn.

Konkludo

Valencaj elektronoj estas la elektronoj en la plej fora skalo de atomo, kiuj povas partopreni en kemiaj ligoj kaj elektra koranto. La nombro kaj aranĝo de valencaj elektronoj determinas multajn fizikajn, kemajn kaj elektrajn ecojn de elemento.

Elektra kondukado estas mezuro pri kiom bone materialo povas permesi elektran koranton fluigi tra ĝi. Elektra kondukado dependas de pluraj faktoroj, kiel ekzemple la nombro kaj konduto de liberaj elektronoj en la materialo.

Surbaze de ilia elektra kondukado kaj ilia nombro de valencaj elektronoj, materialoj povas esti klasifikitaj en tri ĉefajn grupojn: konduktoroj, duonkonduktoroj kaj izoliloj.

Konduktoroj havas altan elektran kondukadon ĉar ili havas multajn liberajn elektronojn, kiuj facile povas porti elektran koranton. Konduktoroj kutime havas unu, du aŭ tri valencajn elektronojn en siaj atomoj.

Duonkonduktoroj havas moderan elektran kondukadon ĉar ili havas malmultajn liberajn elektronojn, kiuj povas porti elektran koranton sub certaj kondiĉoj. Duonkonduktoroj kutime havas kvar valencajn elektronojn en siaj atomoj.

Izoliloj havas malaltan elektran kondukadon ĉar ili havas tre malplenan nombron aŭ nenion da liberaj elektronoj, kiuj povas porti elektran koranton. Izoliloj kutime havas kvin aŭ pli da valencaj elektronoj en siaj atomoj.

Tiuj materialoj havas malsamajn aplikojn en diversaj elektronikaj aparatoj, kiel transistoroj, diodoj, sunĉeluloj, LED, laserjoj kaj integritaj cirkvitoj. Tiuj aparatoj ekspluatas la unikajn ecojn de tiuj materialoj, kiel ilia kapablo ŝalti inter konduktadostatoj, ilia sensibro al lumo kaj temperaturo, kaj ilia kompatibileco kun aliaj materialoj.