Што се валентни електрони и електрична проводливост

Што се валентни електрони и електрична проводливост?

Дефиниција на валентни електрони

Атом е состоен од јадро што содржи протони и неутрони, со електрони во обвивки околу него. Јадрото е позитивно наелектрисано, а електроните се негативно наелектрисани. Атомите се електрично неутрални затоа што имаат еднаков број на протони и електрони.

Електроните во атомот се распоредени во обвивки според нивните енергетски нивоа. Најблиската обвивка до јадрото има најниската енергија, додека најдалечната обвивка има највисоката енергија. Секоја обвивка има максимална капацитет за електрони: првата обвивка може да ги содржи до 2, втората до 8, и така надвор.

Валентните електрони се електрони во најдалечната обвивка на атомите. Тие учествуваат во хемиски врски и можат да бидат влијанци од електрични или магнетни полиња. Бројот на валентни електрони варира од 1 до 8, в зависност од елементот.

Валентните електрони се критични за определување на физичките, хемиските и електричните својства на елементот. Елементите со слични валентни електрони обично имаат слична реактивност и типови на врски. Различни броеви на валентни електрони резултираат со различна електрична проводливост и типови на материјали.

Електрична проводливост

Електричната проводливост мерни како добро материјалот овозможува електричниот ток да протече низ него. Електричниот ток е состоен од движечки електрични наелектрисани честички, обично носени од слободни електрони или иони. Материјалите со висока проводливост лесно проводат ток, додека материјалите со ниска проводливост го отпоруват.

Електричната проводливост на материјал зависи од неколку фактори, како температурата, структурата, составот и чистотата. Меѓутоа, еден од најважните фактори е бројот и понашанието на слободните електрони во материјалот.

Слободните електрони се валентни електрони кои не се тесно поврзани со нивните родителски атоми и можат да се движеат слободно во материјалот. Овие се електроните кои можат да реагираат на применето на електрично поле или потенцијална разлика и да се движеат во една насока, создавајќи електричен ток.

Бројот и понашанието на слободните електрони во материјал се определени од бројот на валентни електрони во нивните состојачки атоми. Обично, материјалите со помалку валентни електрони имаат повеќе слободни електрони, додека материјалите со повеќе валентни електрони имаат помалку слободни електрони.

На основа на нивната електрична проводливост и бројот на валентни електрони, материјалите можат да се класифицираат во три главни групи: проводници, полупроводници и изолатори.

Проводници

Проводниците се материјали кои имаат висока електрична проводливост затоа што имаат многу слободни електрони кои лесно можат да носат електричен ток. Проводниците обично имаат еден, два или три валентни електрони во нивните атоми. Овие валентни електрони имаат високи енергетски нивоа и се слабо поврзани со нивните родителски атоми. Тие лесно можат да се одделат од нивните атоми или да се движеат во материјалот кога се применува електрично поле или потенцијална разлика.

Почти сите метали се добри проводници на електричество затоа што имаат малку валентни електрони во нивните атоми. На пример, медта има еден валентен електрон, магнезиум има два валентни електрони, а алуминиум има три валентни електрони. Овие метали имаат многу слободни електрони во нивната кристална структура кои можат да се движеат слободно кога се применува електрично поле.

Некои неметали исто така можат да делуваат како проводници под одредени услови. На пример, графит (форма на вуглерод) има четири валентни електрони во нивните атоми, но само три од нив се користат за врска со други атоми на вуглерод во шестоаголна решетка. Четвртиот валентен електрон е слободен да се движи по решетката кога се применува електрично поле.

Полупроводници

Полупроводниците се материјали кои имаат умерена електрична проводливост затоа што имаат малку слободни електрони кои можат да носат електричен ток под одредени услови. Полупроводниците се материјали кои имаат четири валентни електрони во нивните атоми, како вуглерод, силициум и германиум. Овие валентни електрони се користат за врска со други атоми во регуларна решетка. Меѓутоа, при собна температура, некои од овие валентни електрони можат да добијат доволно енергија да се откажат од нивните врски и да станат слободни електрони. Овие слободни електрони можат потоа да носат електричен ток кога се применува електрично поле.

Меѓутоа, бројот на слободни електрони во чист полупроводник е многу мал, а електричната проводливост е многу лоша. Затоа, полупроводниците често се допираат со атоми на примеси кои имаат или повеќе или помалку валентни електрони од домашните атоми. Ова создава превишок или недостиг на слободни електрони во полупроводника, што го зголемува неговата електрична проводливост.

Има две типа допирање: n-тип и p-тип. Во n-тип допирање, атоми на примеси со пет валентни електрони, како фосфор или арсеник, се додаваат на полупроводникот. Овие атоми донираат еден дополнителен валентен електрон на полупроводникот, создавајќи негативен зареден носач наречен електрон. Во p-тип допирање, атоми на примеси со три валентни електрони, како бор или галлиум, се додаваат на полупроводникот. Овие атоми прифаќаат еден валентен електрон од полупроводникот, создавајќи позитивен зареден носач наречен ѕркало.

Полупроводниците широко се користат во различни електронски уреди, како транзистори, диоди, сончеви батерији, светлуващи диоди (LED), лазери и интегрални кола. Овие уреди експлоатираат уникалните својства на полупроводниците, како нивната способност да се превклучуваат меѓу проводливоста и изолацијата, нивната осетливост на светлина и температура, и нивната компатибилност со други материјали.

Изолатори

Изолаторите се материјали кои имаат ниска електрична проводливост затоа што имаат многу малку или никакви слободни електрони кои можат да носат електричен ток. Изолаторите обично имаат пет или повеќе валентни електрони во нивните атоми. Овие валентни електрони се силно поврзани со нивните родителски атоми и бараат многу енергија да се одделат или да се возбудат. Затоа, изолаторите не реагираат на применето на електрично поле или потенцијална разлика и го отпоруват или блокираат протокот на електричен ток.

Почти сите неметали се добри изолатори на електричество затоа што имаат многу валентни електрони во нивните атоми. На пример, азот има пет валентни електрони, сирак има шест валентни електрони, а неон има осум валентни електрони. Овие елементи немаат слободни електрони во нивната структура и не дозволуваат електричен ток да протече низ нив.

Некои материјали исто така можат да делуваат како изолатори под одредени услови. На пример, стаклото и гумата се добри изолатори при собна температура, но можат да станат проводници при високи температури кога некои од нивните валентни електрони добијат доволно енергија да станат слободни електрони.

Изолаторите се главно користат за предотвратување на протокот на електричен ток каде што не е желателно или потребно. На пример, изолаторите се користат за покривање на жице и каблови за заштита од кратки спојови и електрични ударни. Изолаторите исто така се користат за одвојување на различни делови на електронски уред или кола за предотвратување на нежелани интеракции или интерференци.

Заклучок

Валентните електрони се електрони во најдалечната обвивка на атомот кои можат да учествуваат во хемиски врски и електричен ток. Бројот и распоредот на валентните електрони определуваат многу физички, хемиски и електрични својства на елементот.

Електричната проводливост е мера на тоа колку добро материјалот може да дозволи електричен ток да протече низ него. Електричната проводливост зависи од неколку фактори, како бројот и понашанието на слободните електрони во материјалот.

На основа на нивната електрична проводливост и бројот на валентни електрони, материјалите можат да се класифицираат во три главни групи: проводници, полупроводници и изолатори.

Проводниците имаат висока електрична проводливост затоа што имаат многу слободни електрони кои лесно можат да носат електричен ток. Проводниците обично имаат еден, два или три валентни електрони во нивните атоми.

Полупроводниците имаат умерена електрична проводливост затоа што имаат малку слободни електрони кои можат да носат електричен ток под одредени услови. Полупроводниците обично имаат четири валентни електрони во нивните атоми.

Изолаторите имаат ниска електрична проводливост затоа што имаат многу малку или никакви слободни електрони кои можат да носат електричен ток. Изолаторите обично имаат пет или повеќе валентни електрони во нивните атоми.

Овие материјали имаат различни применувања во различни електронски уреди, како транзистори, диоди, сончеви батерији, LED, лазери и интегрални кола. Овие уреди експлоатираат уникалните својства на овие материјали, како нивната способност да се превклучуваат меѓу проводливоста и изолацијата, нивната осетливост на светлина и температура, и нивната компатибилност со други материјали.