Vivyo vya Valence na Uchambuzi wa Umeme

Ni ni Valence Electrons na Electrical Conductivity ?

Maana ya Valence Electrons

Atomu unatengenezwa kwa mzunguko unaopungua protoni na neutroni, na elektroni katika vibao vya nje. Mzunguko unapewa mshindo chanya, na elektroni zinapewa mshindo chanya. Atomi hawana mshindo wowote kwa sababu wana idadi sawa ya protoni na elektroni.

Elektroni katika atomu huweka kwa vibao kutegemea na viwango vyao vya nishati. Viba vi karibu kwenye mzunguko vinapewa nishati chache, na vibao vya mbali zinapewa nishati nyingi. Kila viba linapewa uwezo wa kupata elektroni hadi kwa idadi fulani: vibao vya kwanza vinaweza kupata hadi elektro mbili, vibao pili vinaweza kupata hadi elektro tano, na kadhalika.

Valence electrons ni elektroni katika viba vya nje vya atomu. Wanashiriki katika muunganisho wa chemikali na wanaweza kuathiriwa na maghala ya umeme au magnetic. Idadi ya valence electrons inabadilika kutoka moja hadi nane, kulingana na elementi.

Valence electrons ni muhimu sana katika kupata sifa za kimataifa, kimikakazi, na kiwemete za elementi. Vitu vilivyopewa sifa za kimataifa zinavyovumilia valence electrons mara nyingi zina sifa sawa za kimikakazi na muunganisho. Idadi tofauti za valence electrons hutengeneza utaratibu tofauti wa usambazaji wa umeme na aina tofauti za matumizi.

Utaratibu wa Usambazaji wa Umeme

Utaratibu wa usambazaji wa umeme unahesabu jinsi chanzo kinaweza kukubalika kusambaza umeme kupitia yake. Mfululizo wa umeme unajumuisha mfululizo wa umeme unaopanda, mara nyingi unachukua na elektroni huru au ions. Chanzo cha utaratibu wa juu lina usambazaji wa umeme mzuri, na chanzo cha utaratibu wa chini linasumbuliwa na umeme.

Utaratibu wa usambazaji wa umeme unategemea baadhi ya sababu, kama vile joto lake, muundo wake, muundo wake, na ukwasi wake. Lakini, moja ya sababu muhimu zaidi ni idadi na tabia ya elektroni huru katika chanzo.

Electroni huru ni valence electrons ambayo hazipewe mshindo mkubwa na atomi zao za baba na zinaweza kuruka kwa uhuru katika chanzo. Hizi ndiyo elektroni zinazoweza kutoa majibu kwa ghala ya umeme iliyotumika au tofauti ya potential na kurejesha kwa upande mmoja, kudundua mfululizo wa umeme.

Idadi na tabia ya electroni huru katika chanzo huamrikiwa na idadi ya valence electrons katika atomi zao za muundo. Mara nyingi, chanzo chenye valence electrons chache zinapewa electroni huru mengi, na chanzo chenye valence electrons mengi zinapewa electroni huru chache.

Kutegemea utaratibu wa usambazaji wa umeme na idadi yao ya valence electrons, vitu vinaweza kugawanyika kwenye makundi matatu makuu: conductors, semiconductors, na insulators.

Conductors

Conductors ni chanzo chenye utaratibu wa usambazaji wa umeme mzuri kwa sababu yake ina electroni huru mengi yanayoweza kusambaza umeme rahisi. Conductors mara nyingi ina valence electrons moja, mbili, au tano katika atomi zao. Hizi valence electrons zinapewa nishati nyingi na zinapewa mshindo chache na atomi zao za baba. Zinaweza kusafiri kwa rahisi kutoka kwa atomi zao au kurejesha katika chanzo wakati ghala ya umeme au tofauti ya potential itumika.

Vinginevyo vya chuma ni conductors mzuri wa umeme kwa sababu yao ina valence electrons chache katika atomi zao. Kwa mfano, copper una valence electron moja, magnesium una valence electrons mbili, na aluminum una valence electrons tano. Hivi vinginevyo vya chuma vinapewa electroni huru mengi katika crystal structure yao yanayoweza kuruka kwa uhuru wakati ghala ya umeme itumika.

Baadhi ya nonmetals zinaweza pia kufanya kazi kama conductors kwa masharti fulani. Kwa mfano, graphite (a form of carbon) una valence electrons nne katika atomi zao, lakini tu tano zao zinatumika kwa muunganisho na carbon atoms mengine katika hexagonal lattice. Valence electron nne zinaweza kuruka kwa uhuru katika lattice wakati ghala ya umeme itumika.

Semiconductors

Semiconductors ni chanzo chenye utaratibu wa usambazaji wa umeme wa kati kwa sababu yake ina electroni huru chache yanayoweza kusambaza umeme kwa masharti fulani. Semiconductors ni chanzo chenye valence electrons nne katika atomi zao, kama vile carbon, silicon, na germanium. Hizi valence electrons zinatumika kwa muunganisho na atomi mengine katika regular lattice structure. Lakini, katika joto la chumba, baadhi ya hizi valence electrons zinaweza kupata nishati nzuri kusimama kwa mfululizo wao na kubecomes electroni huru. Hizi electroni huru zinaweza kusambaza umeme wakati ghala ya umeme itumika.

Lakini, idadi ya electroni huru katika semiconductor safi ni chache, na utaratibu wa usambazaji wa umeme ni chache. Kwa hiyo, semiconductors mara nyingi ina impurity atoms ambazo zinapewa valence electrons zaidi au chache kuliko host atoms. Hii hutengeneza excess au deficiency ya electroni huru katika semiconductor, ambayo husongezes utaratibu wa usambazaji wa umeme.

Kuna aina mbili za doping: n-type na p-type. Katika n-type doping, impurity atoms ambazo zinapewa valence electrons tano, kama vile phosphorus au arsenic, zinachukua katika semiconductor. Hizi atoms zinatoa valence electron moja zaidi katika semiconductor, kutengeneza negative charge carrier unaitwa electron. Katika p-type doping, impurity atoms ambazo zinapewa valence electrons tatu, kama vile boron au gallium, zinachukua katika semiconductor. Hizi atoms zinapokea valence electron moja kutoka kwa semiconductor, kutengeneza positive charge carrier unaitwa hole.

Semiconductors zinatumika kwa wingi katika vifaa vinginevyo vya umeme, kama vile transistors, diodes, solar cells, light-emitting diodes (LEDs), lasers, na integrated circuits. Hivi vifaa hivyo husaidia sifa sahihi za semiconductors, kama vile uwezo wao wa kuswitch kati ya conducting na insulating states, sensitivity yao kwa mwanga na joto, na compatibility yao na materials mengine.

Insulators

Insulators ni chanzo chenye utaratibu wa usambazaji wa umeme chache kwa sababu yake ina electroni huru chache au hakuna yanayoweza kusambaza umeme. Insulators mara nyingi ina valence electrons tano au zaidi katika atomi zao. Hizi valence electrons zinapewa mshindo mkubwa na atomi zao za baba na zinahitaji nishati nyingi kusimama kwa mfululizo wao. Kwa hiyo, insulators hawatoa majibu kwa ghala ya umeme iliyotumika au tofauti ya potential na sumbulia au kuzuia mfululizo wa umeme.

Vinginevyo vya nonmetals ni insulators mzuri wa umeme kwa sababu yao ina valence electrons mengi katika atomi zao. Kwa mfano, nitrogen una valence electrons tano, sulfur una valence electrons sita, na neon una valence electrons nane. Hivi vinginevyo haviwezi kupata electroni huru katika muundo wao na hawasambazwi umeme kupitia yao.

Baadhi ya materials zinaweza pia kufanya kazi kama insulators kwa masharti fulani. Kwa mfano, glass na rubber ni insulators mzuri katika joto la chumba lakini zinaweza kubecomes conductors kwa joto kikuu wakati baadhi ya valence electrons zao zinapata nishati nzuri kusimama kwa mfululizo wao na kubecomes electroni huru.

Insulators zinatumika kwa wingi kwa kuzuia umeme kupitia pale ambapo hayatakikana au haja. Kwa mfano, insulators zinatumika kuchapa wires na cables kuzingatia short circuits na electric shocks. Insulators zinatumika pia kutoa separation kati ya sehemu tofauti za vifaa vinginevyo vya umeme au circuit kuzingatia unwanted interactions au interference.

Mwisho

Valence electrons ni elektroni katika viba vya nje vya atomu ambayo zinaweza kushiriki katika muunganisho wa chemikali na umeme. Idadi na muundo wa valence electrons hupata sifa nyingi za kimataifa, kimikakazi, na kiwemete za elementi.

Utaratibu wa usambazaji wa umeme ni hesabu ya jinsi chanzo kinaweza kubalika kusambaza umeme kupitia yake. Utaratibu wa usambazaji wa umeme unategemea baadhi ya sababu, kama vile idadi na tabia ya electroni huru katika chanzo.

Kutegemea utaratibu wa usambazaji wa umeme na idadi yao ya valence electrons, vitu vinaweza kugawanyika kwenye makundi matatu makuu: conductors, semiconductors, na insulators.

Conductors hupata utaratibu wa usambazaji wa umeme mzuri kwa sababu yake ina electroni huru mengi yanayoweza kusambaza umeme rahisi. Conductors mara nyingi ina valence electrons moja, mbili, au tano katika atomi zao.

Semiconductors hupata utaratibu wa usambazaji wa umeme wa kati kwa sababu yake ina electroni huru chache yanayoweza kusambaza umeme kwa masharti fulani. Semiconductors mara nyingi ina valence electrons nne katika atomi zao.

Insulators hupata utaratibu wa usambazaji wa umeme chache kwa sababu yake ina electroni huru chache au hakuna yanayoweza kusambaza umeme. Insulators mara nyingi ina valence electrons tano au zaidi katika atomi zao.

Hivi vitu vinatumika kwa wingi katika vifaa vinginevyo vya umeme, kama vile transistors, diodes, solar cells, LEDs, lasers, na integrated circuits. Hivi vifaa hivyo husaidia sifa sahihi za vitu hivi, kama vile uwezo wao wa kuswitch kati ya conducting na insulating states, sensitivity yao kwa mwanga na joto, na compatibility yao na materials mengine.