Teori Model Band dan Contohnya



itu teori band adalah salah satu yang mendefinisikan struktur elektronik solid secara keseluruhan. Ini dapat diaplikasikan pada semua jenis padatan, tetapi di dalam logam di mana keberhasilan terbesarnya tercermin. Menurut teori ini, ikatan logam dihasilkan dari tarik elektrostatik antara ion bermuatan positif, dan elektron seluler dalam kristal.

Oleh karena itu, kristal logam memiliki "lautan elektron", yang dapat menjelaskan sifat fisiknya. Gambar bawah menggambarkan tautan logam. Titik-titik ungu elektron terdelokalisasi di laut yang menyelimuti atom logam bermuatan positif.

"Lautan elektron" terbentuk dari kontribusi individu masing-masing atom logam. Kontribusi ini adalah orbital atomnya. Struktur logam umumnya kompak; semakin kompak mereka, semakin besar interaksi antara atom-atomnya.

Akibatnya, orbital atomnya tumpang tindih untuk menghasilkan orbital molekul yang sangat sempit dalam energi. Lautan elektron kemudian hanya satu set besar orbital molekul dengan rentang energi yang berbeda. Kisaran energi ini membentuk apa yang dikenal sebagai pita energi.

Pita-pita ini hadir di setiap wilayah kristal, itulah sebabnya ia dianggap sebagai keseluruhan, dan dari situlah muncul definisi teori ini..

Indeks

  • 1 Model pita energi
    • 1,1 tingkat Fermi
  • 2 Semikonduktor
    • 2.1. Semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik
  • 3 Contoh teori pita terapan
  • 4 Referensi

Model pita energi

Ketika orbital atom logam berinteraksi dengan tetangganya (N = 2), dua orbital molekul terbentuk: satu ikatan (pita hijau) dan satu anti-link (pita merah gelap).

Jika N = 3, tiga orbital molekul sekarang terbentuk, di mana yang tengah (pita hitam) tidak mengikat. Jika N = 4, empat orbital terbentuk dan yang satu dengan karakter ikatan terbesar dan yang satu dengan karakter anti-beku terbesar dipisahkan lebih jauh..

Kisaran energi yang tersedia untuk orbital molekul berkembang ketika atom-atom logam kristal menyediakan orbital mereka. Ini juga menghasilkan penurunan ruang energi antara orbital, ke titik di mana mereka mengembun dalam suatu pita.

Pita ini terdiri dari orbital yang memiliki daerah berenergi rendah (berwarna hijau dan kuning) dan berenergi tinggi (oranye dan merah). Ekstrem energik mereka memiliki kepadatan rendah; namun, sebagian besar orbital molekul (garis putih) terkonsentrasi di tengah.

Ini berarti bahwa elektron "berlari lebih cepat" melalui pusat pita daripada di ujungnya.

Tingkat fermi

Ini adalah keadaan energi tertinggi yang ditempati oleh elektron dalam padatan pada suhu nol absolut (T = 0 K).

Setelah pita dibangun, elektron mulai menempati semua orbital molekulnya. Jika logam memiliki elektron valensi tunggal1), semua elektron dalam kristalnya akan menempati setengah dari pita.

Setengah yang tidak dihuni lainnya dikenal sebagai pita penggerak, sedangkan pita penuh elektron disebut pita valensi.

Pada gambar atas A mewakili pita valensi khas (biru) dan pita konduksi (putih) untuk logam. Garis batas kebiru-biruan menunjukkan tingkat Fermi.

Karena logam juga memiliki orbital p, mereka bergabung dengan cara yang sama untuk menghasilkan p-band (putih).

Dalam kasus logam, pita s dan p sangat dekat energinya. Ini memungkinkan tumpang tindih mereka, mempromosikan elektron dari pita valensi ke pita konduksi. Ini terjadi bahkan pada suhu sedikit di atas 0 K.

Untuk logam transisi dan dari periode 4 ke bawah, juga dimungkinkan untuk membentuk pita.

Tingkat Fermi sehubungan dengan pita konduksi sangat penting untuk menentukan sifat listrik.

Sebagai contoh, logam Z dengan tingkat Fermi sangat dekat dengan pita konduksi (pita kosong terdekat dalam energi) memiliki konduktivitas listrik yang lebih tinggi daripada logam X di mana tingkat Fermi-nya jauh dari pita itu..

Semikonduktor

Konduktivitas listrik kemudian terdiri dari migrasi elektron dari pita valensi ke pita konduksi.

Jika kesenjangan energi antara kedua band sangat besar, kami memiliki padatan isolasi (seperti dengan B). Di sisi lain, jika celah ini relatif kecil, padatan adalah semikonduktor (dalam kasus C).

Dihadapkan dengan peningkatan suhu, elektron dalam pita valensi memperoleh energi yang cukup untuk bermigrasi ke pita konduksi. Ini menghasilkan arus listrik.

Sebenarnya, ini adalah kualitas padatan atau bahan semikonduktor: pada suhu kamar mereka adalah isolator, tetapi pada suhu tinggi mereka adalah konduktor.

Semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik

Konduktor intrinsik adalah konduktor di mana jarak energi antara pita valensi dan pita konduksi cukup kecil sehingga energi termal memungkinkan lewatnya elektron.

Di sisi lain, konduktor ekstrinsik menunjukkan perubahan pada struktur elektroniknya setelah doping dengan pengotor, yang meningkatkan konduktivitas listriknya. Pengotor ini dapat berupa logam lain atau elemen non-logam.

Jika pengotor memiliki lebih banyak elektron valensi, ia dapat menyediakan pita donor yang berfungsi sebagai jembatan bagi elektron dari pita valensi untuk menyeberang ke pita konduksi. Padatan ini adalah semikonduktor tipe-n. Di sini n penunjukan berasal dari "negatif".

Pada gambar atas, pita donor diilustrasikan dalam blok biru tepat di bawah pita penggerak (Tipe n).

Di sisi lain, jika pengotor memiliki lebih sedikit elektron valensi, ia memberikan pita akseptor, yang mempersingkat kesenjangan energi antara pita valensi dan pita penggerak..

Elektron pertama bermigrasi ke arah pita ini, meninggalkan "lubang positif", yang bergerak ke arah yang berlawanan.

Ketika celah positif ini menandai berlalunya elektron, padatan atau bahan adalah semikonduktor tipe-p..

Contoh teori pita terapan

- Jelaskan mengapa logam cerah: elektron selulernya dapat menyerap radiasi dalam berbagai panjang gelombang ketika mereka melompat ke tingkat energi yang lebih tinggi. Kemudian mereka memancarkan cahaya, kembali ke tingkat yang lebih rendah dari pita mengemudi.

- Silikon kristal adalah bahan semikonduktor yang paling penting. Jika sebagian silikon didoping dengan jejak elemen grup 13 (B, Al, Ga, In, Tl), ia menjadi semikonduktor tipe-p. Sedangkan jika didoping dengan elemen grup 15 (N, P, As, Sb, Bi) menjadi semikonduktor tipe-n.

- Dioda pemancar cahaya (LED) adalah semikonduktor bersama p-n. Apa maksudmu Bahwa bahan memiliki kedua jenis semikonduktor, baik n dan p. Elektron bermigrasi dari pita konduksi semikonduktor tipe-n, ke pita valensi semikonduktor tipe-p.

Referensi

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia (Edisi ke-8). Belajar CENGAGE, hlm 486-490.
  2. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik (Edisi keempat., Hal. 103-107, 633-635). Mc Graw Hill.
  3. Kapal C. R. (2016). Band Theory of Solids. Diperoleh pada 28 April 2018, dari: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  4. Steve Kornic (2011). Mulai dari Obligasi ke Pita dari sudut pandang Chemist. Diperoleh pada 28 April 2018, dari: chembio.uoguelph.ca
  5. Wikipedia. (2018). Semikonduktor ekstrinsik. Diperoleh pada 28 April 2018, dari: en.wikipedia.org
  6. BYJU'S. (2018). Teori band tentang logam. Diperoleh pada 28 April 2018, dari: byjus.com