16.Химическая связь в твердых телах. Понятие о зонной теории связи. Проводники, полупровод­ники и диэлектрики.

Зонная теория - это квантовомеханическая модель, учитывающая наиболее важные особенности движения электронов в кристалле. Зонная теория основанна на 3-х предположениях ("зонное приближение"):

Атомные ядра, ввиду их большой массы, рассматриваются как неподвижные источники поля, действующего на электроны. Расположение ядер в пространстве строго периодично: они размещаются в узлах идеальной решетки данного кристалла.

Электроны рассматриваются как "независимые". Каждый "независимый" электрон взаимодействует с эффективным внешним полем, которое складывается из поля атомных ядер и поля остальных электронов.

В зонной теории обычно пользуются понятием "атомный остов", которое заменяет понятие "атомное ядро". "Атомный остов" - это ядро атома вместе с внутренними (не валентными) электронными оболочками. Возникает вопрос: почему эта замена оправдана? Дело в том, что в большинсте электрических, магнитных и оптических явлений в твердых телах электроны внутренних оболочек не участвуют, поскольку энергия их связи с ядром составляет десятки и сотни электронвольт, что значительно больше средней энергии взаимодействия с внешними полями. Таким образом, в зонной теории играют роль лишь валентные электроны внешних оболочек.

Зонная теория твёрдого тела — раздел квантовой механики, рассматривающий движение электронов в твёрдом теле. Свободные электроны могут иметь любую энергию — их энергетический спектр непрерывен. Электроны, принадлежащие изолированным атомам, имеют определённые дискретные значения энергии. В твёрдом теле энергетический спектр электронов существенно иной, он состоит из отдельных разрешенных зон, разделённых зонами запрещенных энергий. В металле существуют так называемые запрещенные зоны - некоторые области значений, которые не может принимать энергия электрона.

Проводник — вещество, проводящее электрический ток. Среди наиболее распространённых твёрдых проводников известны металлы, полуметаллы, и примером проводящих жидкостей — электролиты. Некоторые вещества при нормальных условиях являющиеся изоляторами при внешних воздействиях могут переходить в проводящее состояние, а именно проводимость полупроводников может сильно варьироваться при изменении температуры, освещённости, легировании и т. п.

Полупроводник — материал, электрические свойства которого в сильной степени зависят от концентрации в нём химических примесей и внешних условий (температура, излучение и пр.).

Полупроводники – вещества, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и различных видов излучения.

Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее или совсем не проводящее электрический ток. Основное свойство диэлектрика состоит в способности электризоваться во внешнем электрическом поле. К диэлектрикам относятся воздух и другие газы, стекло, различные смолы, пластмассы непременно сухие. Химически чистая вода также является диэлектриком. Диэлектрики используются не только как изоляционные материалы. Ряд диэлектриков проявляют интересные физические свойства.