Δήμητρα Σπανού χημικός καθηγήτρια α Βθμιας Εκπαίδευση ς οργσνικη θέση στο 1ο γυμν. Δάφνης
υπό κατασκευή
ΠΕΡΙΟΔΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ
ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ ή
ΠΩΣ ΠΕΡΝΑ Η ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΜΕΣΑ ΑΠΟ ΤΗΝ ΥΛΗ
Ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι η ιδιότητα των υλικών να επιτρέπουν την διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος διά μέσου αυτών υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου.
Όσο μικρότερη είναι η αντίσταση ενός αγωγού στην διέλευση του ρεύματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η ηλεκτρική αγωγιμότητα αυτού.
Η ηλεκτρική αγωγιμότητα συνηθίζεται να αναφέρεται για διέλευση συνεχούς ρεύματος και όχι εναλλασσόμενου όπως συμβαίνει με τα διηλεκτρικά.
Η ηλεκτρική αγωγιμότητα ενός μέσου σχετίζεται με την ικανότητα των φορέων του ηλεκτρικής ενέργειας (συνήθως ηλεκτρόνια, οπές ή ιόντα) να διέρχονται και να κινούνται ελεύθερα μέσα σ΄αυτό. Αυτό εξαρτάται α. από την φύση (δομή) της ουσίας β. τη χημική της σύσταση γ. την κατάσταση συσσωμάτωσης δ. από τις φυσικές συνθήκες (κυρίως θερμοκρασία)
Η ΘΕΩΡΙΑ ΖΩΝΩΝ
Είναι μια θεωρία που αναφέρεται σε κίνηση ηλεκτρονίων σε στερεά
Τα ηλεκτρόνια των ατόμων είναι κβαντισμένα ως προς την ενέργεια και κατατάσσονται σε ανόλογες ηλεκτρονιακές στοιβάδες (ενεργειακές ζώνες) με διακριτές επιτερεπόμενες ενεργειακές τιμές. Αυτές οι ενεργειακές ζώνες χωρίζονται από κβαντικά απαγορευμένες ενεργειακές περιοχές (ζώνες).
Τα ηλεκτρόνια των ατόμων δηλαδή βρίσκονται σε καθορισμένα ατομικά τροχιακά (θεωρία Bohr)
Αντίθετα, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια δεν είναι κβαντισμένα και μπορούν να πάρουν οποιανδήποτε τιμή στην ενέργειά τους και το ενεργειακό τους φάσμα είναι συνεχές.
Επίσης τα ηλεκτρόνια των χημικών δεσμών , μεταξύ ατόμων έχουν άλλες επιτρεπτές ενεργειακές τιμές που υπολογίζονται από τις ξεχωριστές κβαντικές καταστάσεις κάθε ατόμου που συμμετέχει και βρίσκονται σε τροχιακά που είναι τα μοριακά τροχιακά
Ζώνη σθένους: Ο όρος χρησιμοποιείται για να εξηγησει την ηλεκτρική αγωγιμότητα ιδιαίτερα των ημιαγωγών. Είναι η υψηλότερη πλήρως κατελημένη ζώνη ενέργειας ηλεκτρονίων στο απόλυτο μηδέν ή είναι οι ζώνες ηλεκτρονίων στις οποίες τα ηλεκτρόνια συμβάλουν στον χημικό δεσμό . Οι πλήρως κατελημένες ζώνες δεν μπορούν να συμβάλουν στην ηλεκτρική αγωγιμότητα γιατί ακόμα κι αν τα ηλεκτρονια αυτά απορροφούν ενέργεια από το ηλεκτρικό πεδίο, την χρησιμοποιούν για την ενεργειακή ανύψωση της ζώνης τους.
Για να κινηθουν ηλεκτρόνια μέσα στο στερεό είναι απαραίτητες οι καταστάσεις ελεύθερης ενέργειας.
Ζώνη αγωγιμότητας: Είναι είναι μοντέλο ζώνης που χρησιμοποιείται για να εξηγήσει την ηλεκτρική αγωγιμότητα των υλικών. Αναφέρεται για την ενεργειακή ζώνη που βρίσκεται ενεργειακά πάνω από τη ζώνη σθένους των ηλεκτρονίων
Ηλεκτρόνια που βρίσκονται στην ζώνη αγωγιμότητας μπορούν εύκολα να απορροφήσουν ενέργεια από ένα ηλεκτρικό πεδίο λόγω καταστάσεων ελεύθερης ενέργειας στη ζώνη αγωγιμότητας. Σύμφωνα με το θεώρημα Bloch τα ηλεκτρόνια τότε θεωρούνται σαν ελεύθερα σωματίδια και εφαρμόζεται σε αυτά η εξίσωση Stondinger. Επομένως το υλικό είναι ηλεκτρικά αγώγιμο.
ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟΝ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟ ΑΓΩΓΩΝ, ΗΜΙΑΓΩΓΩΝ, ΜΟΝΩΤΩΝ
Οι αγωγοί του ηλεκτρισμού διακρίνονται σε αγωγούς πρώτου είδους που είναι τα μέταλλα και οι φορείς είναι τα ηλεκτρόνια και αγωγούς δεύτερου είδους πουπεριλαμβάνουν αέρια και μερικές στερεές ουσίες (ιοντικούς κρυστάλλους και γυαλιά, τετηγμένα άλατα και διαλύματα ουσιών σε νερό , μη υδατικούς διαλύτες και τήγματα) οι φορείς του ηλεκτρικού ρεύματος είναι ιόντα, όμως αυτό δεν ενδιαφέρει στο συγκεκριμένο κεφάλαιο
Στην περίπτωση των αγωγών αυτή η ζώνη σθένους είτε είναι πανομοιότυπη με την ζώνη αγωγιμότητας (όπως στην περίπτωση του Νατρίου) ή να μπορεί να επικαλύπτεται από την επόμενη ενεργειακά υψηλότερη ζώνη
Η ζώνη σθένους ενός μονοσθενούς μετάλλου όπως του Νατρίου που είναι η 3s1 και είναι μερικώς κατελημένη με 1 ηλεκτρόνιο. Στο κρυσταλλικό πλέγμα του κατασκευάζεται, κάθε άτομο συνεισφέρει ένα ηλεκτρόνιο σθένους στον χημικό ιοντικό δεσμό. Έτσι αντί για το ατομικό τροχιακό του ηλεκτρονίου του ατόμου του νατρίου, αυτό επεκτείνεται σε μοριακά τροχιακά που δημιουργείται συγκεκριμένα στην νέα κατάσταση ύπαρξης του ηλεκτρονίου, αυτήν του κρυσταλλικού πλέγματος, που περιγράφεται επίσης από μια νέα μορφή της εξίσωσης Strondinger.
Σε αντίθεση με τα μονοκεντρικά ατομικά τροχιακά τα τροχιακά του χημικού δεσμού (κρυσταλλικό πλέγμα στην προκειμένη περίπτωση, είναι πολυκεντρικά και σε αντιστοιχία με τα s, p, d, f, ορίζονται σαν σ, π, δ, φ.
Κάθε μοριακό τροχιακό έχει μια ορισμένη ενέργεια που είναι πολύ κοντά στην ενέργεια ιοντισμού
( Κάθε μοριακό τροχιακό έχει μια ορισμένη ενέργεια, που χαρακτηρίζεται περίπου από ένα αντίστοιχο δυναμικό ιονισμού.)
Θεωρία μοριακών τροχιακών - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)
Έτσι, η ζώνη σθένους γίνεται ενεργειακά πανομοιότυπη με την ζώνη αγωγιμότητας και το μονοσθενές μέταλλο που δημιουργεί κρυστάλλους γίνεται ηλεκτρικά αγώγιμο
Στα δισθενή μέταλλα όμως, η στοιβάδα σθένους είναι με δύο ηλεκτρόνια και το ατομικό τροχιακό είναι κατειλημένο και θα έπρεπε να μην διαθέτει ηλεκτρική αγωγιμότητα
Στην περίπτωση των ημιαγωγών και των μονωτών αυτή η ζώνη σθένους καταλαμβάνεται πλήρως και διαχωρίζεται από την ζώνη αγωγιμότητας από διάκενο ζώνης. Μπορούν να ξεπεράσουν μόνο με παροχή ενέργειας (θερμική, κινητική, φωτονική)
ΤΑ ΕΛΑΤΩΜΑΤΑ ΣΤΟ ΜΕΤΑΛΛΙΚΟ ΠΛΕΓΜΑ
Ένας από τους τύπους ελαττωμάτων είναι τα ελαττώματα σημείου που δημιουργούν αποκλίσεις από την ιδανική κανονικότητα στην κρυσταλλική δομή. Τα ελαττώματα σημείου μπορεί να είναι αρνητικά ή ελαττώματα κενού που σημαίνει την απουσία κάποιου ατόμου στην κανονική του θέση στο πλέγμα, ή ελαττώματα τύπου ακαθαρσίας δηλαδή η παρουσία ατόμων άλλου χημικού στοιχείου στο πλέγμα.
Ια ελαττώματα αλλάζουν τις ιδιότητες των μετάλλων. Τα κενά αυξάνουν την ατομική κινητικότητα και την διάχυση σε ένα μεταλλικό υλικό. Οι ακαθαρσίες μπορούν να αλλάξουν τις ηλεκτρικές ιδιότητες του μετάλλου.
ΠΗΓΕΣ
Valence Ribbon - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)
Κορδέλα - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)
Μέταλλα - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)
Valence Ribbon - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)
Κορδέλα - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)
Μονοστιβάδες διχαλκογονιδίου μετάλλου μετάπτωσης - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)