BANT TEORISI: MODEL VE ÖRNEKLER - KIMYA - 2025

Bant teorisi , katının elektronik yapısını bir bütün olarak tanımlayan teoridir . Her tür katıya uygulanabilir, ancak en büyük başarılarının yansıtıldığı metallerdedir. Bu teoriye göre, metalik bağ, pozitif yüklü iyonlar ile kristaldeki hareketli elektronlar arasındaki elektrostatik çekimden kaynaklanır.

Bu nedenle, metalik kristal, fiziksel özelliklerini açıklayabilen bir "elektron denizine" sahiptir. Aşağıdaki resim metalik bağlantıyı göstermektedir. Elektronların mor noktaları, pozitif yüklü metal atomlarını çevreleyen bir denizde yer değiştirir.

"Elektron denizi", her metal atomunun bireysel katkılarından oluşur. Bu girişler, atomik orbitallerinizdir. Metal yapılar genellikle kompakttır; ne kadar kompakt olurlarsa, atomları arasındaki etkileşimler o kadar büyük olur.

Sonuç olarak, atomik orbitalleri enerjide çok dar moleküler orbitaller oluşturmak için çakışır. Elektron denizi, farklı enerji aralıklarına sahip geniş bir moleküler orbital kümesinden başka bir şey değildir. Bu enerjilerin aralığı, enerji bantları olarak bilinen şeyi oluşturur.

Bu bantlar kristalin herhangi bir bölgesinde bulunur, bu yüzden bir bütün olarak kabul edilir ve oradan bu teorinin tanımı gelir.

Enerji bandı modeli

Metalik bir atomun yörüngesi komşusununki (N = 2) ile etkileşime girdiğinde, iki moleküler orbital oluşur: biri bağ (yeşil şerit) ve diğeri anti-bağ (koyu kırmızı şerit).

N = 3 ise, ortadaki (siyah bant) bağlanmayan üç moleküler orbital şimdi oluşur. N = 4 ise, dört orbital oluşturulur ve en büyük bağlanma karakterine sahip olan ve en büyük anti-bağlanma karakterine sahip olan daha da ayrılır.

Kristaldeki metal atomları orbitallerine katkıda bulundukça, moleküler orbitaller için mevcut olan enerji aralığı genişler. Bu aynı zamanda orbitaller arasındaki enerjisel boşlukta bir bant halinde yoğunlaştıkları noktaya kadar bir azalma ile sonuçlanır.

Orbitallerden oluşan bu bant, düşük enerjili (yeşil ve sarı renkli olanlar) ve yüksek enerjili (turuncu ve kırmızı renkli olanlar) bölgelere sahiptir. Enerji aşırılıkları düşük yoğunluğa sahiptir; ancak, merkezde moleküler orbitallerin çoğu yoğunlaşmıştır (beyaz bant).

Bu, elektronların bandın ortasından uçlarından "daha hızlı" geçtiği anlamına gelir.

Fermi seviyesi

Elektriksel iletkenlik daha sonra elektronların bir değerlik bandından bir iletim bandına göçünden oluşur.

Her iki bant arasındaki enerji boşluğu çok büyükse, yalıtkan bir katınız olur (B'de olduğu gibi). Öte yandan, bu boşluk nispeten küçükse, katı bir yarı iletkendir (C durumunda).

Sıcaklık arttığında, değerlik bandındaki elektronlar, iletim bandına doğru göç etmek için yeterli enerji elde eder. Bu bir elektrik akımına neden olur.

Aslında bu, katıların veya yarı iletken malzemelerin bir kalitesidir: oda sıcaklığında yalıtıcıdırlar, ancak yüksek sıcaklıklarda iletkendirler.

İçsel ve dışsal yarı iletkenler

İçsel iletkenler, değerlik bandı ile iletim bandı arasındaki enerji boşluğunun, termal enerjinin elektronların geçmesine izin verecek kadar küçük olduğu iletkenlerdir.

Öte yandan dış iletkenler, safsızlıklarla katkılandıktan sonra elektronik yapılarında elektriksel iletkenliklerini artıran değişiklikler gösterirler. Bu safsızlık başka bir metal veya metal olmayan bir element olabilir.

Safsızlık daha fazla değerlik elektronuna sahipse, değerlik bandındaki elektronların iletim bandına geçmesi için bir köprü görevi gören bir verici bant sağlayabilir. Bu katılar, n-tipi yarı iletkenlerdir. Burada n adı "negatif" ten gelir.

Üst görüntüde verici bant, iletim bandının hemen altındaki mavi blokta gösterilmektedir (Tip n).

Öte yandan, safsızlık daha az değerlik elektronuna sahipse, değerlik bandı ile iletim bandı arasındaki enerji boşluğunu kısaltan bir alıcı bant sağlar.

Elektronlar önce ters yönde hareket eden "pozitif delikleri" geride bırakarak bu banda doğru göç ederler.

Bu pozitif delikler elektronların geçişini işaret ettiğinden, katı veya malzeme p-tipi bir yarı iletkendir.

Uygulamalı bant teorisine örnekler

- Metallerin neden parlak olduğunu açıklayın: Hareket eden elektronları, daha yüksek enerji seviyelerine sıçradıklarında çok çeşitli dalga boylarında radyasyonu emebilirler. Daha sonra ışık yayarlar ve iletim bandının daha düşük seviyelerine geri dönerler.

- Kristal silikon, en önemli yarı iletken malzemedir. Silisyumun bir kısmı, bir grup 13 elementinin (B, Al, Ga, In, Tl) izleriyle katkılanırsa, p tipi bir yarı iletken olur. Oysa grup 15 (N, P, As, Sb, Bi) elementi ile katkılı ise n-tipi yarı iletken olur.

- Işık yayan diyot (LED) bir pn kartı yarı iletkenidir. Bu ne demek? Malzemenin hem n hem de p olmak üzere her iki tür yarı iletkene sahip olduğu. Elektronlar, n-tipi yarı iletkenin iletim bandından p-tipi yarı iletkenin değerlik bandına geçer.

Referanslar

1. Whitten, Davis, Peck ve Stanley. Kimya. (8. baskı). CENGAGE Learning, s 486-490.
2. Shiver ve Atkins. (2008). İnorganik kimya. (Dördüncü baskı, Pp. 103-107, 633-635). Mc Graw Hill.
3. Nave CR (2016). Katıların Bant Teorisi. 28 Nisan 2018'de hyperphysics.phy-astr.gsu.edu adresinden alındı
4. Steve Kornic. (2011). Kimyacının Bakış Açısıyla Tahvilden Bantlara Geçiş. 28 Nisan 2018'de chembio.uoguelph.ca adresinden alındı
5. Vikipedi. (2018). Dışsal yarı iletken. 28 Nisan 2018'de en.wikipedia.org adresinden erişildi.
6. BYJU'NUN. (2018). Metallerin bant teorisi. 28 Nisan 2018'de byjus.com adresinden alındı