Что такое проводящая полоса?

Используемый в квантовой механике термин «зона проводимости» относится к области комбинированных орбиталей или зоны для электронов в молекуле. В отличие от валентной зоны, зона проводимости редко содержит электроны. В возбужденных состояниях электроны на мгновение перейдут в зону проводимости, прежде чем высвободить свою энергию и вернуться обратно на нижние электронные орбитали. Понимание поведения электронов по отношению к этой полосе помогает понять, как ведут себя различные вещества. В квантовой механике понятие зоны проводимости рассматривается в теории зон.

Атомы расположены с протонами - положительно заряженными частицами - и нейтронами - нейтральными частицами - сгруппированными в центре. Электроны - крошечные отрицательно заряженные молекулы - вращаются вокруг центрального кластера, подобно тому, как планеты в солнечной системе вращаются вокруг Солнца. Как и планеты, электроны имеют установленные орбиты. Однако, в отличие от планет, электроны могут двигаться на другую орбиту, если они получают достаточно энергии.

Обычно электроны находятся на нижних орбиталях атома. Электроны всегда будут заполнять самую низкую орбиту первой, переходя к следующей, только когда первая заполнена. Это естественное размещение называется основным состоянием атома.

Валентные электроны одного атома или те, которые обычно находятся во внешней полосе орбиталей основного состояния, могут быть разделены с другими атомами. В ковалентных связях валентные электроны нескольких атомов делят свои орбитали. Оригинальные орбитали валентных электронов размываются вместе, создавая валентную зону в молекуле.

Когда электроны набирают энергию или достигают возбужденного состояния, они могут перемещаться на более высокие орбитали, находящиеся в зоне проводимости. Электроны должны иметь достаточно энергии, чтобы перепрыгнуть через неэлектронную область или запрещенную зону, чтобы достичь зоны проводимости. Поскольку электроны в конечном итоге предпочитают находиться в основном состоянии, оказавшись в зоне проводимости, они выделяют энергию в виде легких фотонов и возвращаются к своим орбиталям в валентной зоне. Общее время нахождения электрона в зоне проводимости составляет менее одной секунды.

Способность электронов достигать зоны проводимости определяет электропроводность объекта. Разные вещества имеют разные размеры запрещенной зоны, поэтому некоторым веществам требуется меньше энергии для перемещения электронов между орбиталями. Например, проводники имеют небольшую запрещенную зону, поэтому электронам не требуется много энергии, чтобы прыгнуть через эту минимальную запрещенную зону и достичь зоны проводимости. Вот почему проводники идеально подходят для проведения электричества. И наоборот, изоляторы имеют очень большую запрещенную зону, поэтому им требуется значительно больше энергии для того, чтобы электроны совершали скачок, и, следовательно, они плохо проводят электричество.