Kombinacje atomowe
Wszystko, co ma wagę, jest ważne. Zgodnie z teorią atomu, cała materia, czy to ciało stałe, ciecz czy gaz, składa się z atomów. Atom zawiera centralną część zwaną jądrem, w której znajdują się neutrony i protony. Zwykle protony są cząstkami naładowanymi dodatnio, a neutrony cząstkami naładowanymi obojętnie. Elektrony, które są ujemnie naładowanymi cząstkami, są rozmieszczone na orbitach wokół jądra w sposób podobny do układu planet wokół Słońca. Poniższy rysunek przedstawia skład atomu.
Stwierdzono, że atomy różnych pierwiastków mają różną liczbę protonów, neutronów i elektronów. Aby odróżnić jeden atom od drugiego lub sklasyfikować różne atomy, atomom każdego zidentyfikowanego pierwiastka przypisuje się liczbę określającą liczbę protonów w jądrze danego atomu. Ten numer jest znany jakoatomic numberelementu. Liczby atomowe niektórych pierwiastków, które są związane z badaniem półprzewodników, podano w poniższej tabeli.
| Element | Symbol | Liczba atomowa |
|---|---|---|
| Krzem | Si | 14 |
| German | Ge | 32 |
| Arsen | Tak jak | 33 |
| Antymon | Sb | 51 |
| Ind | W | 49 |
| Gal | Ga | 31 |
| Bor | b | 5 |
Zwykle atom ma taką samą liczbę protonów i elektronów planetarnych, aby utrzymać zerowy ładunek netto. Atomy często łączą się, tworząc stabilizowane cząsteczki lub związki poprzez dostępne elektrony walencyjne.
Proces łączenia wolnych elektronów walencyjnych jest ogólnie nazywany bonding. Poniżej przedstawiono różne rodzaje wiązań zachodzących w kombinacjach atomów.
- Wiązanie jonowe
- Wiązanie kowalencyjne
- Klejenie metaliczne
Omówmy teraz szczegółowo te wiązania atomowe.
Wiązanie jonowe
Każdy atom szuka stabilności, gdy atomy łączą się, tworząc cząsteczki. Kiedy pasmo walencyjne zawiera 8 elektronów, mówi się, że jest to astabilized condition. Kiedy elektrony walencyjne jednego atomu łączą się z elektronami innego atomu, aby stać się stabilne, nazywa się toionic bonding.
Jeśli atom ma więcej niż 4 elektrony walencyjne w powłoce zewnętrznej, szuka dodatkowych elektronów. Taki atom jest często nazywanyacceptor.
Jeśli jakikolwiek atom zawiera mniej niż 4 elektrony walencyjne w zewnętrznej powłoce, próbuje się od nich wydostać. Te atomy są znane jakodonors.
W przypadku wiązania jonowego atomy donora i akceptora często łączą się razem, a kombinacja zostaje ustabilizowana. Sól kuchenna jest typowym przykładem wiązania jonowego.
Poniższe rysunki ilustrują przykład niezależnych atomów i wiązań jonowych.
Na powyższym rysunku widać, że atom sodu (Na) przekazuje swój 1 elektron walencyjny atomowi chlorku (Cl), który ma 7 elektronów walencyjnych. Atom chlorku natychmiast staje się ujemnie zrównoważony, gdy otrzymuje dodatkowy elektron, co powoduje, że atom staje się jonem ujemnym. Z drugiej strony, atom sodu traci swój elektron walencyjny, a atom sodu staje się wówczas jonem dodatnim. Jak wiemy, w przeciwieństwie do ładunków przyciągają się atomy sodu i chloru, które są ze sobą związane siłą elektrostatyczną.
Wiązanie kowalencyjne
Kiedy elektrony walencyjne sąsiednich atomów są wspólne z innymi atomami, następuje wiązanie kowalencyjne. W wiązaniu kowalencyjnym jony nie powstają. Jest to wyjątkowa różnica w wiązaniu kowalencyjnym i jonowym.
Kiedy atom zawiera cztery elektrony walencyjne w powłoce zewnętrznej, może dzielić jeden elektron z czterema sąsiednimi atomami. Powstaje siła kowalencyjna między dwoma łączącymi się elektronami. Te elektrony na przemian przesuwają orbity między atomami. Ta siła kowalencyjna wiąże ze sobą poszczególne atomy. Ilustrację wiązania kowalencyjnego przedstawiono na poniższych rysunkach.
W tym układzie pokazano tylko jądro i elektrony walencyjne każdego atomu. Para elektronów powstaje w wyniku połączenia poszczególnych atomów. W takim przypadku potrzeba pięciu atomów do zakończenia procesu wiązania. Proces wiązania rozszerza się we wszystkich kierunkach. Każdy atom jest teraz połączony ze sobą w sieci kratowej, a struktura krystaliczna jest tworzona przez tę sieć.
Klejenie metaliczne
Trzeci rodzaj wiązania występuje zwykle w dobrych przewodnikach elektrycznych i nazywa się go wiązaniem metalicznym. W przypadku wiązań metalicznych istnieje siła elektrostatyczna między jonami dodatnimi a elektronami. Na przykład pasmo walencyjne miedzi ma jeden elektron w zewnętrznej powłoce. Ten elektron ma tendencję do wędrowania po materiale między różnymi atomami.
Kiedy ten elektron opuszcza jeden atom, natychmiast wchodzi na orbitę innego atomu. Proces jest powtarzalny bez przerwy. Atom staje się jonem dodatnim, gdy opuszcza go elektron. To jestrandom process. Oznacza to, że jeden elektron jest zawsze połączony z atomem. Nie oznacza to, że elektron jest powiązany z jedną konkretną orbitą. Zawsze wędruje po różnych orbitach. W konsekwencji wszystkie atomy prawdopodobnie będą dzielić wszystkie elektrony walencyjne.
Elektrony krążą w chmurze, która zakrywa jony dodatnie. Ta unosząca się chmura wiąże losowo elektrony z jonami. Poniższy rysunek przedstawia przykład metalicznego wiązania miedzi.