乐队理论：模型和例子 - 化学

能带理论是定义固体整体电子结构的理论。它可以应用于任何类型的固体，但在金属上却能体现出最大的成功。根据该理论，金属键由带正电的离子与晶体中的移动电子之间的静电吸引产生。

因此，金属晶体具有``电子之海''，可以解释其物理性质。下图说明了金属连接。电子的紫色点在包围带正电的金属原子的海洋中离域。

``电子之海''是由每个金属原子的单独贡献形成的。这些输入是您的原子轨道。金属结构通常很紧凑。它们越紧密，原子之间的相互作用就越大。

因此，它们的原子轨道重叠以产生能量中非常狭窄的分子轨道。那么，电子之海无非就是一大堆具有不同能量范围的分子轨道。这些能量的范围构成了所谓的能带。

这些谱带存在于晶体的任何区域，这就是为什么将其视为一个整体的原因，并且由此产生了该理论的定义。

能带模型

当金属原子的s轨道与其相邻原子的s轨道相互作用时（N = 2），就会形成两个分子轨道：一个键（绿色带）和另一个反键（深红色带）。

如果N = 3，则现在形成三个分子轨道，其中一个中间分子（黑带）是非键合的。如果N ＝ 4，则形成四个轨道，并进一步分离具有最大结合特性的轨道和具有最大结合特性的轨道。

分子轨道可利用的能量范围随着晶体中的金属原子贡献其轨道而扩大。这也导致轨道之间的能量空间减小，以至于它们凝结成一个带。

这个由s轨道组成的频带具有低能量（绿色和黄色的区域）和高能量（橙色和红色的区域）的区域。它的极限能量密度低。但是，大多数分子轨道都集中在中心（白色带）。

这意味着电子通过带中心比通过端部“运行得更快”。

然后，电导率包括电子从价带到导带的迁移。

如果两个频带之间的能隙非常大，则说明您具有绝缘固体（与B一样）。另一方面，如果该间隙较小，则该固体为半导体（在C的情况下）。

当温度升高时，价带中的电子获得足够的能量以向导带迁移。这导致电流。

实际上，这是固体或半导体材料的质量：在室温下，它们是绝缘的，但在高温下，它们是导电的。

本征导体是其中价带和导带之间的能隙小到足以使热能允许电子通过的导体。

另一方面，非本征导体在掺杂杂质后电子结构发生变化，从而增加了电导率。该杂质可以是另一种金属或非金属元素。

如果杂质具有更多的价电子，它可以提供一个供体能带，作为电子从价能带跨入导带的桥。这些固体是n型半导体。这里的名字n来自“负数”。

在上方的图像中，在导带（类型n）正下方的蓝色方框中显示了供体带。

另一方面，如果杂质具有较少的价电子，则它会提供一个受体带，从而缩短了价带与导带之间的能隙。

电子首先向该带迁移，留下“正空穴”，它们沿相反方向移动。

由于这些空穴标志着电子的通过，因此固体或材料是p型半导体。

-解释金属为什么发光的原因：当移动的电子跃迁到更高的能级时，它们的移动电子会吸收各种波长的辐射。然后，它们发光，返回到较低的导带水平。

-晶体硅是最重要的半导体材料。如果一部分硅掺杂了13族元素（B，Al，Ga，In，Tl）的痕迹，则它将变成p型半导体。而如果掺杂了15族元素（N，P，As，Sb，Bi），它将变成n型半导体。

-发光二极管（LED）是pn板半导体。这是什么意思？该材料同时具有n和p两种类型的半导体。电子从n型半导体的导带迁移到p型半导体的价带。