Combinazioni atomiche
Tutto ciò che ha un peso è importante. Secondo la teoria dell'atomo, tutta la materia, che sia solida, liquida o gassosa, è composta da atomi. Un atomo contiene una parte centrale chiamata nucleo, che contiene i neutroni e i protoni. Normalmente, i protoni sono particelle caricate positivamente ei neutroni sono particelle cariche neutre. Gli elettroni che sono particelle caricate negativamente sono disposti in orbite attorno al nucleo in un modo simile alla schiera di pianeti attorno al Sole. La figura seguente mostra la composizione di un atomo.
Si è scoperto che gli atomi di elementi diversi hanno un numero diverso di protoni, neutroni ed elettroni. Per distinguere un atomo da un altro o per classificare i vari atomi, agli atomi di ogni elemento identificato viene assegnato un numero che indica il numero di protoni nel nucleo di un dato atomo. Questo numero è noto comeatomic numberdell'elemento. I numeri atomici per alcuni degli elementi associati allo studio dei semiconduttori sono riportati nella tabella seguente.
| Elemento | Simbolo | Numero atomico |
|---|---|---|
| Silicio | Si | 14 |
| Germanio | Ge | 32 |
| Arsenico | Come | 33 |
| Antimonio | Sb | 51 |
| Indio | In | 49 |
| Gallio | Ga | 31 |
| Boro | B | 5 |
Normalmente, un atomo ha un numero uguale di protoni ed elettroni planetari per mantenere la sua carica netta a zero. Gli atomi si combinano spesso per formare molecole o composti stabilizzati attraverso i loro elettroni di valenza disponibili.
Il processo di combinazione di elettroni di valenza liberi è generalmente chiamato bonding. Di seguito sono riportati i diversi tipi di legame che avviene nelle combinazioni di atomi.
- Legame ionico
- Legame covalente
- Incollaggio metallico
Discutiamo ora in dettaglio di questi legami atomici.
Legame ionico
Ogni atomo cerca stabilità quando gli atomi si legano insieme per formare molecole. Quando la banda di valenza contiene 8 elettroni, si dice che sia astabilized condition. Quando gli elettroni di valenza di un atomo si combinano con quelli di un altro atomo per diventare stabili, viene chiamatoionic bonding.
Se un atomo ha più di 4 elettroni di valenza nel guscio esterno, sta cercando elettroni aggiuntivi. Tale atomo è spesso chiamato unacceptor.
Se un atomo contiene meno di 4 elettroni di valenza nel guscio esterno, cerca di uscire da questi elettroni. Questi atomi sono noti comedonors.
Nel legame ionico, gli atomi donatori e accettori si combinano spesso insieme e la combinazione si stabilizza. Il sale comune è un esempio comune di legame ionico.
Le figure seguenti illustrano un esempio di atomi indipendenti e legame ionico.
Si può vedere nella figura sopra che l'atomo di sodio (Na) dona il suo 1 elettrone di valenza all'atomo di cloruro (Cl) che ha 7 elettroni di valenza. L'atomo di cloruro diventa immediatamente sbilanciato negativamente quando ottiene l'elettrone in più e questo fa sì che l'atomo diventi uno ione negativo. Mentre d'altra parte, l'atomo di sodio perde il suo elettrone di valenza e l'atomo di sodio diventa quindi uno ione positivo. Come sappiamo, a differenza delle cariche si attraggono, gli atomi di sodio e cloruro sono legati insieme da una forza elettrostatica.
Legame covalente
Quando gli elettroni di valenza degli atomi vicini sono condivisi con altri atomi, ha luogo il legame covalente. Nel legame covalente, gli ioni non si formano. Questa è una differenza unica nel legame covalente e nel legame ionico.
Quando un atomo contiene quattro elettroni di valenza nel guscio esterno, può condividere un elettrone con quattro atomi vicini. Una forza covalente viene stabilita tra i due elettroni di collegamento. Questi elettroni spostano alternativamente le orbite tra gli atomi. Questa forza covalente lega insieme i singoli atomi. Un'illustrazione del legame covalente è mostrata nelle figure seguenti.
In questa disposizione, vengono mostrati solo il nucleo e gli elettroni di valenza di ciascun atomo. Le coppie di elettroni vengono create perché i singoli atomi sono legati insieme. In questo caso, sono necessari cinque atomi per completare l'azione di legame. Il processo di incollaggio si allarga in tutte le direzioni. Ogni atomo è ora collegato insieme in una rete reticolare e una struttura cristallina è formata da questa rete reticolare.
Incollaggio metallico
Il terzo tipo di legame si verifica generalmente in buoni conduttori elettrici ed è chiamato legame metallico. Nel legame metallico, esiste una forza elettrostatica tra gli ioni positivi e gli elettroni. Ad esempio, la banda di valenza del rame ha un elettrone nel suo guscio esterno. Questo elettrone ha la tendenza a vagare nel materiale tra diversi atomi.
Quando questo elettrone lascia un atomo, entra immediatamente nell'orbita di un altro atomo. Il processo è ripetitivo su base continua. Un atomo diventa uno ione positivo quando un elettrone lo lascia. Questo è unrandom process. Significa che un elettrone è sempre collegato a un atomo. Non significa che l'elettrone sia associato a un'orbita particolare. Vaga sempre in orbite diverse. Di conseguenza, è probabile che tutti gli atomi condividano tutti gli elettroni di valenza.
Gli elettroni si aggirano in una nuvola che copre gli ioni positivi. Questa nube sospesa lega gli elettroni in modo casuale agli ioni. La figura seguente mostra un esempio del legame metallico del rame.