Σύμφωνα με τη θεωρία της μπάντας, ο Mg είναι ένας μονωτής, ενώ στην πράξη είναι αγωγός γιατί;
Πρόβλεψη θεωρίας μπάντας:
* Η θεωρία της μπάντας προβλέπει ότι το μαγνήσιο πρέπει να είναι μονωτής. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το ενεργειακό χάσμα μεταξύ της ζώνης σθένους (γεμάτη με ηλεκτρόνια) και της ζώνης αγωγιμότητας (άδειο) είναι σχετικά μεγάλη. Προκειμένου τα ηλεκτρόνια να γίνουν κινητά και να διεξάγουν ηλεκτρικό ρεύμα, χρειάζονται αρκετή ενέργεια για να πηδήσουν σε αυτό το κενό.
* Σε μια απλοποιημένη εικόνα, το MG έχει δύο ηλεκτρόνια σθένους στο τροχιακό της 3S. Αυτά τα τροχιακά επικαλύπτονται για να σχηματίσουν μια ζώνη σθένους. Το επόμενο υψηλότερο επίπεδο ενέργειας (3p) σχηματίζει τη ζώνη αγωγιμότητας.
Πραγματικότητα:
* Ωστόσο, το μαγνήσιο είναι ένας καλός αγωγός ηλεκτρικής ενέργειας στην πραγματικότητα.
Γιατί η διαφορά;
Το κλειδί έγκειται στους περιορισμούς της απλουστευμένης θεωρίας της μπάντας. Δεν αντιπροσωπεύει όλους τους παράγοντες που επηρεάζουν την αγωγιμότητα:
1. επικαλυπτόμενες ζώνες: Ενώ τα τροχιακά 3S και 3p του μαγνησίου σχηματίζουν ξεχωριστές ζώνες, είναι πιο κοντά στην ενέργεια από ό, τι μια απλή θεωρία των συγκροτημάτων μπορεί να υποδηλώνει. Μπορεί να υπάρξει κάποια αλληλεπικάλυψη μεταξύ των ζωνών σθένους και αγωγιμότητας, επιτρέποντας ευκολότερη κίνηση ηλεκτρονίων ακόμη και σε θερμοκρασία δωματίου.
2. Θερμική διέγερση: Ακόμη και αν το ενεργειακό κενό είναι σημαντικό, η θερμική ενέργεια μπορεί ακόμα να διεγείρει μερικά ηλεκτρόνια στη ζώνη σθένους στη ζώνη αγωγιμότητας. Σε θερμοκρασία δωματίου, αυτό το αποτέλεσμα είναι αρκετό για να δημιουργηθεί μια μετρήσιμη αγωγιμότητα στο μαγνήσιο.
3. ακαθαρσίες και ελαττώματα: Τα πραγματικά υλικά δεν είναι απολύτως καθαρά. Οι ακαθαρσίες και τα κρυστάλλινα ελαττώματα μπορούν να δημιουργήσουν πρόσθετα επίπεδα ενέργειας εντός του χάσματος της ζώνης, παρέχοντας μονοπάτια για να μετακινηθούν τα ηλεκτρόνια.
Συμπερασματικά:
Η θεωρία της μπάντας είναι ένα ισχυρό εργαλείο, αλλά είναι μια προσέγγιση. Η αγωγιμότητα του μαγνησίου είναι ένα παράδειγμα του τρόπου με τον οποίο τα πραγματικά υλικά μπορούν να παρουσιάσουν συμπεριφορά που αποκλίνει από τις προβλέψεις απλοποιημένων μοντέλων.
Επιτρέψτε μου να ξέρω αν θέλετε να εξερευνήσετε άλλα παραδείγματα για το πού η θεωρία της μπάντας έχει περιορισμούς!
