Базовая электроника - Материалы
Материя состоит из молекул, которые состоят из атомов. Согласно теории Бора, «атом состоит из положительно заряженного ядра и ряда отрицательно заряженных электронов, которые вращаются вокруг ядра на различных орбитах». Когда электрон поднимается из более низкого состояния в более высокое состояние, он называется возбужденным . При возбуждении, если электрон полностью удаляется из ядра, говорят, что атом ионизирован. Итак, процесс подъема атома из нормального состояния в это ионизированное состояние называется ионизацией .
На следующем рисунке показана структура атома.
Согласно модели Бора, говорят, что электрон движется по определенной орбите , тогда как согласно квантовой механике электрон считается где-то в свободном пространстве атома, называемом орбиталью . Эта теория квантовой механики оказалась правильной. Следовательно, трехмерная граница, где электрон, вероятно, найден, называется атомной орбиталью .
Квантовые числа
Каждая орбита, по которой движется электрон, отличается своей энергией и формой. Энергетические уровни орбиталей могут быть представлены с использованием дискретного набора интегралов и половинных интегралов, известных как квантовые числа. Для определения волновой функции используются четыре квантовых числа.
Основное квантовое число
Первое квантовое число, которое описывает электрон, является главным квантовым числом . Его символ n . Он определяет размер или порядок (уровень энергии) числа. При увеличении значения n среднее расстояние от электрона до ядра также увеличивается, а энергия электрона также увеличивается. Основной энергетический уровень можно понимать как оболочку.
Angular Квантовое число
Это квантовое число имеет символ l . Это l указывает на форму орбиты. Он варьируется от 0 до n-1.
l = 0, 1, 2… n-1
Для первой оболочки n = 1.
т.е. для n-1, l = 0 - единственно возможное значение l при n = 1.
Итак, когда l = 0, это называется S- орбиталью. Форма S сферическая. Следующий рисунок представляет форму S.
Если n = 2, то l = 0, 1, поскольку это два возможных значения для n = 2.
Мы знаем, что это S-орбиталь для l = 0, но если l = 1, это P- орбиталь.
P-орбиталь, где электроны с большей вероятностью обнаружат, имеет форму гантели . Это показано на следующем рисунке.
Магнитное Квантовое число
Это квантовое число обозначается через m l, которое представляет ориентацию орбитали вокруг ядра. Значения m l зависят от l.
$$ m_ {l} = \ int (-l \: \: to \: + l) $$
Для l = 0, m l = 0 это представляет S-орбиталь.
Для l = 1, m l = -1, 0, +1 это три возможных значения, и это представляет P-орбиталь.
Следовательно, у нас есть три P-орбитали, как показано на следующем рисунке.
Спин Квантовое число
Это представлено m s, и электрон здесь вращается на оси. Движение вращающегося электрона может быть либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки, как показано здесь ниже.
Возможные значения этого спинового квантового числа будут такими,
$$ m_ {s} = + \ frac {1} {2} \: \: up $$
Для движения, называемого раскруткой, результат равен половине.
$$ m_ {s} = - \ frac {1} {2} \: \: вниз $$
Для движения, называемого вращением вниз, результат будет отрицательным.
Это четыре квантовых числа.
Принцип исключения Паули
Согласно принципу исключения Паули, никакие два электрона в атоме не могут иметь одинаковый набор из четырех одинаковых квантовых чисел . Это означает, что если любые два электрона имеют одинаковые значения n, s, ml (как мы только что обсуждали выше), то значение l определенно будет отличаться в них. Следовательно, никакие два электрона не будут иметь одинаковую энергию.
Электронные оболочки
Если n = 1 является оболочкой, то l = 0 является вложенной оболочкой.
Аналогично, n = 2 является оболочкой, а l = 0, 1 является вложенной оболочкой.
Оболочки электронов, соответствующие n = 1, 2, 3… .., представлены K, L, M, N соответственно. Подоболочки или орбитали, соответствующие l = 0, 1, 2, 3 и т. Д., Обозначены s, p, d, f и т. Д. Соответственно.
Давайте посмотрим на электронные конфигурации углерода, кремния и германия (группа IV - A).
Наблюдается, что самая внешняя p-оболочка в каждом случае содержит только два электрона. Но возможное количество электронов составляет шесть. Следовательно, в каждой внешней самой оболочке есть четыре валентных электрона . Итак, каждый электрон в атоме имеет удельную энергию. Расположение атомов внутри молекул в любом веществе почти такое же. Но расстояние между атомами отличается от материала к материалу.