Valent Elektronlar және Электр Өткізгіштік неге тең?

Валентті электрондар және электр өткізгіштік деген не?

Валентті электрондардың анықтамасы

Атом протондар мен нейтрондармен толтырылған ядродан және оның айналуында электрондардан тұрады. Ядро теріс төмендетілген, ал электрондар теріс төмендетілген. Атомдар протондар мен электрондар саны тең болғандықтан электрлық аралас емес.

Атомдағы электрондар энергия деңгейлеріне байланысты шабакаларға ұстанады. Ядродан ең жақын шабака ең төмен энергияға ие, ал ең алыс шабака ең жоғары энергияға ие. Әрбір шабаканың максималды электрондар саны: бірінші шабака 2-ге, екінші шабака 8-ге және т.б. дейін.

Валентті электрондар атомдардың сымырағы шабакасындағы электрондар. Олар химиялық байланысқа қатысады және электр магниттік және магниттік өрістерге тәуелді. Валентті электрондар саны элементке байланысты 1-ден 8-ге дейін өзгереді.

Валентті электрондар элементтің физикалық, химиялық және электрлық қасиеттерін анықтауда маңызды. Ұқсас валентті электрондарға ие элементтер ұқсас реактивтілікті және байланыс түрлерін қадамдейді. Қосымша валентті электрондар саны әртүрлі электр өткізгіштіктерге және материал түрлеріне әкеледі.

Электр өткізгіштік

Электр өткізгіштік материалдың электр ағынын өтуіне қалай қол жетімді екендігін өлшеу. Электр ағыны әдетте қозғалыс электр зарядтарынан, көбінесе свободалы электрондар немесе іондармен қозғалады. Жоғары өткізгіштік материалдар агынды жеңіл өткізеді, ал төмен өткізгіштік материалдар агынды қорғайды.

Материалдың электр өткізгіштігі оның температурасына, құрылымына, құрамына және тазалығына байланысты. Бірақ, ең маңызды фактор - материалдағы свободалы электрондар саны және олардың поведигі.

Свободалы электрондар - бұл атомдарға тығыз байланысты болмаған валентті электрондар, олар материалдың ішінде свободалы қозғалады. Бұл электрондар қолданылған электр магниттік өріс немесе потенциал айырмашылығына жауап беріп, бір бағытта ауысуы мүмкін, электр ағынын қалыптасады.

Материалдағы свободалы электрондар саны және олардың поведигі материалдың құрамындағы атомдардың валентті электрондар санына байланысты анықталады. Көбінесе, аз валентті электрондары бар материалдарда көп свободалы электрондар бар, ал көп валентті электрондары бар материалдарда аз свободалы электрондар бар.

Материалдардың электр өткізгіштігі мен валентті электрондар санына байланысты үш негізгі топқа бөлінетін: өткізгіштер, полупроводники және изоляторлар.

Өткізгіштер

Өткізгіштер - бұл жоғары электр өткізгіштікке ие материалдар, себебі оларда көп свободалы электрондар бар, олар электр ағынын жеңіл өткізеді. Өткізгіштер атомдарында бір, екі немесе үш валентті электрон бар. Бұл валентті электрондар жоғары энергия деңгейіне ие және атомдарына терең байланысты. Электр магниттік өріс немесе потенциал айырмашылығы қолданылғанда олар атомдарынан қолданылатын немесе материалдың ішінде қозғалады.

Көптеген металлар электр ағынын өтуге жақсы өткізгіштер, себебі олардың атомдарында аз валентті электрондар бар. Мысалы, мис 1 валентті электрон, магний 2 валентті электрон, ал алюминий 3 валентті электрон бар. Бұл металлар кристалл структурасында көп свободалы электрондар бар, электр магниттік өріс қолданылғанда олар свободалы қозғалады.

Бірнеше неметаллдар да белгілі бір шарттарда өткізгіш ретінде қызмет етеді. Мысалы, графит (углерод түрі) атомдарында төрт валентті электрон бар, бірақ олардың үшісі басқа углерод атомдарымен гексагоналдық решеткеде байланысқа қолданылады. Төртінші валентті электрон электр магниттік өріс қолданылғанда решеткеде свободалы қозғалады.

Полупроводники

Полупроводники - бұл орташа электр өткізгіштікке ие материалдар, себебі оларда белгілі бір шарттарда электр ағынын өтуге қол жетімді аз свободалы электрондар бар. Полупроводники атомдарында төрт валентті электрон бар, мысалы, углерод, кремний және германий. Бұл валентті электрондар басқа атомдармен регулярдық решетке құрылымында байланысқа қолданылады. Бірақ, комната температурасында бірнеше валентті электрондар байланыстарынан азақтыру үшін жеткілікті энергия алғанда, олар свободалы электрондарға айналады. Бұл свободалы электрондар электр магниттік өріс қолданылғанда электр ағынын өткізеді.

Бірақ, чисто полупроводникта свободалы электрондар саны өте аз, электр өткізгіштік өте жаман. Сондықтан, полупроводниктер өзара қатысты аз немесе көп валентті электрондарға ие қатынақ атомдармен допталады. Бұл полупроводникте свободалы электрондар санын арттырып, электр өткізгіштікті жақсартады.

Допталу екі түрі бар: n-типы және p-типы. n-типы допталуда, фосфор немесе мышық сыяқты бес валентті электрондары бар қатынақ атомдары полупроводникке қосылады. Бұл атомдар полупроводникке бір қосымша валентті электрон ұсынады, теріс зарядты электрон пайда болады. p-типы допталуда, бор немесе галий сыяқты үш валентті электрондары бар қатынақ атомдары полупроводникке қосылады. Бұл атомдар полупроводиктен бір валентті электронды қабылдайды, оң зарядты электрон пайда болады.

Полупроводниктер әртүрлі электрондық приборларда, мысалы, транзисторлар, диоддар, күн энергиясы модулдері, жарық жарық диоддары (LED), лазерлер және интегралдық схемаларда кеңінен қолданылады. Бұл приборлар полупроводниктердің қолайсыз қасиеттерін, мысалы, өткізгіш және изолятор ретінде өзгеру қабілетін, жарық және температураға ұшатындығын, басқа материалдармен ұйымдастырылуын пайдаланады.

Изоляторлар

Изоляторлар - бұл төмен электр өткізгіштікке ие материалдар, себебі оларда электр ағынын өтуге қол жетімді өте аз немесе ешқандай свободалы электрондар бар. Изоляторлар атомдарында бес немесе одан көп валентті электрондар бар. Бұл валентті электрондар атаңдарына қатысты өте күшті байланысты және азаттау немесе арттыру үшін көп энергия қажет. Сондықтан, изоляторлар қолданылған электр магниттік өріс немесе потенциал айырмашылығына жауап бермейді және электр ағынының өтуін қорғайды немесе тосеп тастайды.

Көптеген неметаллдар электр ағынын өтуге жақсы изоляторлар, себебі олардың атомдарында көп валентті электрондар бар. Мысалы, азотта бес валентті электрон, серада алты валентті электрон, ал неонда сегіз валентті электрон бар. Бұл элементтер құрылымында ешқандай свободалы электрондар жоқ және электр ағынын өтуін қол жетімді емес.

Бірнеше материалдар белгілі бір шарттарда изолятор ретінде қызмет етеді. Мысалы, стекло және резина комната температурасында жақсы изоляторлар, бірақ жоғары температураларда бірнеше валентті электрондар өте көп энергия алғанда, олар свободалы электрондарға айналып, өткізгіштер ретінде қызмет етеді.

Изоляторлар электр ағынын өтуі керектігін жоқ және қажет емес жерде қолданылады. Мысалы, изоляторлар электр ағынын қорғау үшін проводтар мен кабельдерге қабылдама қызметін атқаратын. Изоляторлар әртүрлі электрондық приборлардың немесе схемалардың бөліктерін бөліп, талқылау немесе ауытқу қажет емес болғанда қолданылады.

Жалпы сөз

Валентті электрондар - бұл атомдың сымырағы шабакасындағы химиялық байланысқа қатыса алатын және электр ағынын өтуге қол жетімді электрондар. Валентті электрондар саны және олардың орналасуы элементтің бірнеше физикалық, химиялық және электрлық қасиеттерін анықтайды.

Электр өткізгіштік - бұл материалдың электр ағынын өтуіне қалай қол жетімді екендігін өлшеу. Электр өткізгіштік материалдағы свободалы электрондар саны және олардың поведигіне байланысты.

Материалдардың электр өткізгіштігі мен валентті электрондар санына байланысты үш негізгі топқа бөлінетін: өткізгіштер, полупроводники және изоляторлар.

Өткізгіштер жоғары электр өткізгіштікке ие, себебі оларда көп свободалы электрондар бар, олар электр ағынын жеңіл өткізеді. Өткізгіштер атомдарында бір, екі немесе үш валентті электрон бар.

Полупроводники орташа электр өткізгіштікке ие, себебі оларда белгілі бір шарттарда электр ағынын өтуге қол жетімді аз свободалы электрондар бар. Полупроводники атомдарында төрт валентті электрон бар.

Изоляторлар төмен электр өткізгіштікке ие, себебі оларда электр ағынын өтуге қол жетімді өте аз немесе ешқандай свободалы электрондар бар. Изоляторлар атомдарында бес немесе одан көп валентті электрондар бар.

Бұл материалдар әртүрлі электрондық приборларда, мысалы, транзисторлар, диоддар, күн энергиясы модулдері, LED, лазерлер және интегралдық схемаларда қолданылады. Бұл приборлар бұл материалдардың қолайсыз қасиеттерін, мысалы, өткізгіш және изолятор ретінде өзгеру қабілетін, жарық және температураға ұшатындығын, басқа материалдармен ұйымдастырылуын пайдаланады.