Hvað eru yfirborðselektrón og rafmagnsleiðandi?

Hvað eru ytri elektrón og rafmagnsleiðni?

Skilgreining á ytri elektrón

Atómið er samsett af kjarni sem inniheldur próton og neútron, með elektrón í hella um það. Kjarninn hefur jákvæða afla og elektrónin hafa neikvæða afla. Atóm eru rafmagnsneutrál þar sem þau hafa jafnt mikið af prótonum og elektrónum.

Elektrón í atómi eru raðað eftir orkustigi sínu. Næsta helli við kjarnann hefur lægstu orku, en fjarþasti helli hefur hæstu orku. Hver helli hefur hámarksfjölda elektróna: fyrri helli getur verið með upp að 2, annar upp að 8, og svo framvegis.

Ytri elektrón eru elektrón í ytri helli atóma. Þau taka þátt í efna bindingu og geta verið áhrif á af elektrískum eða magnétískum reikindum. Fjöldi ytra elektróna fer frá 1 til 8, eftir efni.

Ytri elektrón eru mikilvæg til að ákvarða efnis eiginleika, bæði lýsilega, efna- og rafmagnslega. Efni með svipaðan fjölda ytra elektróna hafa venjulega svipaða virkni og bindutegund. Misfjöldi ytra elektróna leiðir til mismunandi rafmagnsleiðni og efnavis.

Rafmagnsleiðni

Rafmagnsleiðni mælir hversu vel efni leyfir rafstraum að fara gegnum sig. Rafstraumur samanstendur af hreyfastu elektrískum aflum, oft keyrð af óbundið elektrón eða ionum. Efni með háa leiðni leyfa auðveldlega straum, en efni með lága leiðni stöðva hann.

Rafmagnsleiðni efna fer eftir mörgum þætti, eins og hitastig, skipulag, samsetning og hæð. En einn af mikilvægustum þætta er fjöldi og hegðun óbundiðra elektróna í efninu.

Óbundið elektrón eru ytri elektrón sem eru ekki sterkt bundin við forráttaratómanir sínar og geta farið óbundið innan efnisins. Þessi elektrón geta svarað við gilduðu elektrísku reikindi eða spennu og hreyfist í einni átt, að mynda rafstraum.

Fjöldi og hegðun óbundiðra elektróna í efni er ákvarðað af fjölda ytra elektróna í byggiefnum atómannum. Almennt segja efni með færri ytri elektrónum að hafa fleiri óbundiðra elektróna, en efni með fleiri ytri elektrónum að hafa færri óbundiðra elektróna.

Efni má skipta í þrjár aðalhópa eftir rafmagnsleiðni og fjölda ytra elektróna: leitarafl, halvleitarafl og dýfl.

Leitarafl

Leitarafl eru efni sem hafa háa rafmagnsleiðni vegna þess að þau hafa margar óbundiðra elektróna sem geta auðveldlega keyrt rafstraum. Leitarafl hafa venjulega eitt, tvö eða þrjú ytri elektrón í atómannum. Þessi ytri elektrón hafa há orkustig og eru löngu bundin við forráttaratómanir sínar. Þau geta auðveldlega losnuð af forráttaratómanum eða farið innan efnisins þegar elektrískt reikind eða spenna er gilduð.

Mest mælt er með metöl sem góð leitarafl vegna þess að þau hafa fá ytri elektrón í atómannum. Til dæmis, kopar hefur eitt ytri elektrón, magneís hefur tvö ytri elektrón, og alúmín hefur þrjú ytri elektrón. Þessi metöl hafa margar óbundiðra elektróna í kristalskipan sinni sem geta farið óbundið þegar elektrískt reikind er gilduð.

Sum efni sem ekki eru metöl geta líka verið leitarafl undir ákveðnum skilyrðum. Til dæmis, grafit (form af kol) hefur fjögur ytri elektrón í atómannum, en þrjú af þeim eru notað fyrir bindingu við önnur kolatóm í hexagonskipuðu hella. Fjórða ytri elektrón er óbundið og getur farið langs hellsins þegar elektrískt reikind er gilduð.

Halvleitarafl

Halvleitarafl eru efni sem hafa miðlungs rafmagnsleiðni vegna þess að þau hafa fá óbundiðra elektróna sem geta keyrt rafstraum undir ákveðnum skilyrðum. Halvleitarafl eru efni sem hafa fjögur ytri elektrón í atómannum, eins og kol, silícium og germán. Þessi ytri elektrón eru notað fyrir bindingu við önnur atóm í reglulegu kristalskipun. En við herbergistofuhiti, sum af þessum ytri elektrónum geta fengið nóg orku til að losna úr bindunum sér og verða óbundiðra elektrón. Þessi óbundiðra elektrón geta svo keyrt rafstraum þegar elektrískt reikind er gilduð.

En fjöldi óbundiðra elektróna í hreinu halvleitarafl er mjög lágur, og rafmagnsleiðnin er mjög slæm. Því eru halvleitarafl oft broytt með órennindum sem hafa fleiri eða færri ytri elektróna en grunnatómannir. Þetta gerir ofurmikla eða ofurlítla óbundiðra elektróna í halvleitaraflinu, sem heldur áfram að auka rafmagnsleiðnina.

Það eru tvær tegundir af brottni: n-tegund og p-tegund. Við n-tegunda brottni, bæta impúrfátómum með fimm ytri elektrón, eins og fosfor eða arsén, við halvleitarafl. Þessi atóm gefa eitt extra ytri elektrón til halvleitaraflsins, að mynda neikvætt aflahöfanda sem kallast elektrón. Við p-tegunda brottni, bæta impúrfátómum með þremur ytri elektrón, eins og bórr eða gallí, við halvleitarafl. Þessi atóm taka eitt ytri elektrón frá halvleitaraflinu, að mynda jákvætt aflahöfanda sem kallast hljóður.

Halvleitarafl eru víðtæklega notað í ýmsum rafmagnsgerðum, eins og transistur, dióður, sólcel, ljósgefin dióður (LED), lasar og samefnad rafkerfi. Þessi tæki nota einstök eiginleika halvleitarafla, eins og að þau geti breytt milli leitar og dýfla stöðva, að þau séu viðhorf á ljós og hita, og að þau séu samhæfð við önnur efni.

Dýfl

Dýfl eru efni sem hafa lága rafmagnsleiðni vegna þess að þau hafa fá eða engin óbundiðra elektróna sem geta keyrt rafstraum. Dýfl hafa venjulega fimm eða fleiri ytri elektrón í atómannum. Þessi ytri elektrón eru sterkt bundin við forráttaratómanir sínar og þurfa mikið af orku til að losna eða hækka. Því dýfl svara ekki við gilduðu elektrísku reikindi eða spennu og stöðva eða hindra rafstrauma.

Mest mælt er með ómetöl sem góð dýfl vegna þess að þau hafa margar ytri elektrón í atómannum. Til dæmis, kvíkhas 5 ytri elektrón, svafn 6 ytri elektrón, og neon 8 ytri elektrón. Þessi efni hafa engin óbundiðra elektrón í skipan sinni og leyfa ekki rafstraum að fara gegnum sig.

Sum efni geta líka verið dýfl undir ákveðnum skilyrðum. Til dæmis, glas og gúmmi eru góð dýfl við herbergistofuhiti, en geta orðið leitarafl við hækkandi hita þegar sum af ytri elektrónum fá nóg orku til að verða óbundiðra elektrón.

Dýfl eru aðallega notað til að komast í veg fyrir rafstraum að fara þar sem hann er ekki vantar eða beðinn. Til dæmis, dýfl eru notað til að dýfa snörd og kabel til að vernda þeim frá rafstraumsdreifum og rafstraumslyktum. Dýfl eru líka notað til að skipta milli mismunandi hluta í rafmagnsgerð eða rafkerfi til að komast í veg fyrir óvæntar tengingar eða stöðvun.

Niðurstöður

Ytri elektrón eru elektrón í ytri helli atóma sem geta tekið þátt í efna bindingu og rafstraum. Fjöldi og skipun ytra elektróna ákvarða mörg eiginleika efna, bæði lýsilega, efna- og rafmagnslega.

Rafmagnsleiðni er mæling á hversu vel efni leyfir rafstraum að fara gegnum sig. Rafmagnsleiðni fer eftir mörgum þætti, eins og fjölda og hegðun óbundiðra elektróna í efninu.

Eftir rafmagnsleiðni og fjölda ytra elektróna, geta efni verið flokkuð í þrjá aðalhópa: leitarafl, halvleitarafl og dýfl.

Leitarafl hafa háa rafmagnsleiðni vegna þess að þau hafa margar óbundiðra elektróna sem geta auðveldlega keyrt rafstraum. Leitarafl hafa venjulega eitt, tvö eða þrjú ytri elektrón í atómannum.

Halvleitarafl hafa miðlungs rafmagnsleiðni vegna þess að þau hafa fá óbundiðra elektróna sem geta keyrt rafstraum undir ákveðnum skilyrðum. Halvleitarafl hafa venjulega fjögur ytri elektrón í atómannum.

Dýfl hafa lága rafmagnsleiðni vegna þess að þau hafa fá eða engin óbundiðra elektróna sem geta keyrt rafstraum. Dýfl hafa venjulega fimm eða fleiri ytri elektrón í atómannum.

Þessi efni hafa mismunandi notkun í ýmsum rafmagnsgerðum, eins og transistur, dióður, sólcel, LED, lasar og samefnad rafkerfi. Þessi tæki nota einstök eiginleika efna, eins og að þau geti breytt milli leitar og dýfla stöðva, að þau séu viðhorf á ljós og hita, og að þau séu samhæfð við önnur efni.