Ինչ են ածանցյալ էլեկտրոնները և էլեկտրական հաղորդակամությունը

Ինչ են վալենսի էլեկտրոնները և էլեկտրական հաղորդակայությունը?

Վալենսի էլեկտրոնների սահմանում

Ատոմը կազմված է պրոտոններով և նեյտրոններով պարունակող կողքից և շելներով դրա շուրջ գտնվող էլեկտրոններով: Կողքը դրական լիցքով է, իսկ էլեկտրոնները բացասական լիցքով: Ատոմները էլեկտրականորեն նեյտրալ են, քանի որ դրանք ունեն հավասար քանակությունով պրոտոններ և էլեկտրոններ:

Ատոմում գտնվող էլեկտրոնները դասավորված են շելներով նրանց էներգիայի մակարդակների համաձայն: Կողքին մոտակա շելը ունի ամենացածր էներգիան, իսկ ամենահեռու շելը ունի ամենաբարձր էներգիան: Յուրաքանչյուր շել ունի էլեկտրոնների առավելագույն տող: առաջին շելը կարող է պարունակել մինչև 2, երկրորդը մինչև 8 և այլն:

Վալենսի էլեկտրոնները ատոմների ամենահեռու շելում գտնվող էլեկտրոններն են: Նրանք մասնակցում են քիմիական կապերի և կարող են երևույթային փոփոխություններ կատարել էլեկտրական կամ մագնիսական դաշտերի ազդեցության տակ: Վալենսի էլեկտրոնների քանակը տարբերվում է 1-ից մինչև 8, տարանոց էլեմենտի ընդհանրության կախված:

Վալենսի էլեկտրոնները կարևոր են էլեմենտի ֆիզիկական, քիմիական և էլեկտրական հատկությունները որոշելու համար: Նման վալենսի էլեկտրոններով էլեմենտները սովորաբար ունեն նման ռեակտիվություն և կապի տեսակներ: Վալենսի էլեկտրոնների տարբեր քանակները հանգեցնում են տարբեր էլեկտրական հաղորդակայությունների և նյութերի տեսակների:

Էլեկտրական հաղորդակայություն

Էլեկտրական հաղորդակայությունը չափում է, թե ինչքան լավ է նյութը թույլ տալ էլեկտրական հոսանք հոսել դրա միջով: Էլեկտրական հոսանքը կազմված է շարժվող էլեկտրական լիցքերից, սովորաբար ազատ էլեկտրոնների կամ իոնների կողմից: Բարձր հաղորդակայություն ունեցող նյութերը հեշտությամբ հոսում են հոսանքը, իսկ ցածր հաղորդակայություն ունեցող նյութերը դիմադրում են դրան:

Նյութի էլեկտրական հաղորդակայությունը կախված է մի շարք գործոններից, ինչպիսիք են նրա ջերմունակությունը, կառուցվածքը, կազմը և կարգավիճակը: Այնուամենայնիվ, ամենակարևոր գործոններից մեկը նյութում գտնվող ազատ էլեկտրոնների քանակն ու վարքն է:

Ազատ էլեկտրոնները վալենսի էլեկտրոններ են, որոնք ոչ շատ համապատասխանում են իրենց ծնող ատոմներին և կարող են ազատ շարժվել նյութում: Սրանք էլեկտրոններն են, որոնք կարող են պատասխանել կիրառված էլեկտրական դաշտի կամ պոտենցիալ տարբերության վրա և շարժվել մի ուղղությամբ, ստեղծելով էլեկտրական հոսանք:

Նյութում գտնվող ազատ էլեկտրոնների քանակը և վարքը որոշվում են նրա կազմավորող ատոմների վալենսի էլեկտրոնների քանակով: Ընդհանուր առմամբ, քիչ վալենսի էլեկտրոններով նյութերը ունեն ավելի շատ ազատ էլեկտրոններ, իսկ շատ վալենսի էլեկտրոններով նյութերը ունեն ավելի քիչ ազատ էլեկտրոններ:

Նյութերը կարող են դասակարգվել երեք հիմնական խմբերի՝ հաղորդիչներ, կիսահաղորդիչներ և իզոլատորներ, իրենց էլեկտրական հաղորդակայության և վալենսի էլեկտրոնների քանակի հիման վրա:

Հաղորդիչներ

Հաղորդիչները նյութեր են, որոնք ունեն բարձր էլեկտրական հաղորդակայություն, քանի որ դրանք ունեն շատ ազատ էլեկտրոններ, որոնք կարող են հեշտությամբ անցկացնել էլեկտրական հոսանք: Հաղորդիչները սովորաբար ունեն մեկ, երկու կամ երեք վալենսի էլեկտրոններ իրենց ատոմներում: Այս վալենսի էլեկտրոնները ունեն բարձր էներգիայի մակարդակ և թույլ կցված են իրենց ծնող ատոմներին: Նրանք կարող են հեշտությամբ անջատվել իրենց ատոմներից կամ շարժվել նյութում, երբ կիրառվում է էլեկտրական դաշտ կամ պոտենցիալ տարբերություն:

Մի շարք մետաղներ լավ էլեկտրական հաղորդիչներ են, քանի որ դրանք ունեն քիչ վալենսի էլեկտրոններ իրենց ատոմներում: Օրինակ, նարեն ունի մեկ վալենսի էլեկտրոն, մագնեցիումը ունի երկու վալենսի էլեկտրոն, իսկ ալյումինը ունի երեք վալենսի էլեկտրոն: Այս մետաղներն ունեն շատ ազատ էլեկտրոններ իրենց կրիստալային կառուցվածքում, որոնք կարող են ազատ շարժվել էլեկտրական դաշտի կիրառման դեպքում:

Որոշ ոչ մետաղներ նույնպես կարող են գործել հաղորդիչներ որոշ պայմանների դեպքում: Օրինակ, գրաֆիտը (կարբոնի մի ձև) ունի չորս վալենսի էլեկտրոն իր ատոմներում, բայց միայն երեքը օգտագործվում են այլ կարբոն ատոմների հետ կապ ստեղծելու համար վեցանկյունաձև ցանցում: Չորրորդ վալենսի էլեկտրոնը ազատ է շարժվել ցանցում, երբ կիրառվում է էլեկտրական դաշտ:

Կիսահաղորդիչներ

Կիսահաղորդիչները նյութեր են, որոնք ունեն միջին էլեկտրական հաղորդակայություն, քանի որ դրանք ունեն քիչ ազատ էլեկտրոններ, որոնք կարող են անցկացնել էլեկտրական հոսանք որոշ պայմանների դեպքում: Կիսահաղորդիչները նյութեր են, որոնք ունեն չորս վալենսի էլեկտրոն իրենց ատոմներում, ինչպիսիք են կարբոնը, սիլիկոնը և գերմանիումը: Այս վալենսի էլեկտրոնները օգտագործվում են այլ ատոմների հետ կապ ստեղծելու համար կանոնավոր ցանցային կառուցվածքում: Այնուամենայնիվ, սակայն սեղան ջերմունակության դեպքում այդ վալենսի էլեկտրոններից որոշները կարող են ստանալ բավարար էներգիա, որպեսզի ազատվեն իրենց կապերից և դառնան ազատ էլեկտրոններ: Այս ազատ էլեկտրոնները կարող են անցկացնել էլեկտրական հոսանք, երբ կիրառվում է էլեկտրական դաշտ:

Սակայն կատարյալ կիսահաղորդիչի ազատ էլեկտրոնների քանակը շատ ցածր է, և էլեկտրական հաղորդակայությունը շատ վատ է: Այսպիսով, կիսահաղորդիչները հաճախ դոպիրում են անմիջական ատոմներով, որոնք ունեն ավելի շատ կամ պակաս վալենսի էլեկտրոններ, քան հիմնական ատոմները: Սրանով կիսահաղորդիչում ստեղծվում է ազատ էլեկտրոնների ավելացում կամ պակաս, որը մեծացնում է նրա էլեկտրական հաղորդակայությունը:

Դոպիրումը կարող է լինել երկու տեսակի՝ n-տիպի և p-տիպի: n-տիպի դոպիրումում կիսահաղորդիչը լցվում է հինգ վալենսի էլեկտրոնով անմիջական ատոմներով, ինչպիսիք են ֆոսֆորը կամ արսենիկը: Այս ատոմները ներկայացնում են մեկ ավելացուցիչ վալենսի էլեկտրոն կիսահաղորդիչին, ստեղծելով բացասական լիցքի հարկադիր էլեկտրոն: p-տիպի դոպիրումում կիսահաղորդիչը լցվում է երեք վալենսի էլեկտրոնով անմիջական ատոմներով, ինչպիսիք են բորը կամ գալլիումը: Այս ատոմները ընդունում են մեկ վալենսի էլեկտրոն կիսահաղորդիչից, ստեղծելով դրական լիցքի հարկադիր դիրակ:

Կիսահաղորդիչները լայնորեն օգտագործվում են տարբեր էլեկտրոնային սարքերում, ինչպիսիք են տրանզիստորները, դիոդները, սոլար բատարիաները, լուսաբացող դիոդները (LED-երը), լասերն ու ինտեգրացված շղթաները: Այս սարքերը օգտագործում են կիսահաղորդիչների մի շարք ունիկալ հատկություններ, ինչպիսիք են նրանց հնարավորությունը փոխվել հաղորդիչ և իզոլատոր վիճակների միջև, դրանց ạyականությունը լուսին և ջերմության նկատմամբ և նրանց համատեղելիությունը այլ նյութերի հետ:

Իզոլատորներ

Իզոլատորները նյութեր են, որոնք ունեն ցածր էլեկտրական հաղորդակայություն, քանի որ դրանք ունեն շատ քիչ կամ ոչ մի ազատ էլեկտրոն, որոնք կարող են անցկացնել էլեկտրական հոսանք: Իզոլատորները սովորաբար ունեն հինգ կամ ավելի վալենսի էլեկտրոն իրենց ատոմներում: Այս վալենսի էլեկտրոնները շատ համապատասխանում են իրե