Spørsmål om et energibånd i et materiale

[Olympico]

Må et energibånd i et materiale være enten tomt, 50% fullt eller fullt?

[Bakura]

Dette er et vanskelig spørsmål å svare på siden, til og med i dag kan man ikke si med absolutt sikkerhet hva som er sant.

 

Jeg mener på å huske fra kjemiklassen at et forbindelse mellom 2 atomer er både tom, 50% og full samtidig. Siden det er elektroner som daner båndene svever de ei en sky mellom atomene og skaper en tiltrekkende kraft. En plass mellom disse atomene kan da ha ingen, 1 eller flere enn 1 elektroner avhengig av tiden. Pga dette fluktuerer alle båndene mellom atomene til en hvis grad.

 

Altså, et energibånd i et materiale er både tomt, 50% fullt og fullt samtidig siden elktroner sviver rundt med ekstrem hastighet.

[Olympico]

Hva med i den vanlige energibånd-modellen for metaller, halvledere og isolatorer?

[Bakura]

Du sier noe der.

 

For å forklare bedre, det finnes flere forskjellige bindinger mellom atomer. Alle forbindelsene avhenger av elektroner.

 

Eks på typer bindinger:

 

Metallbindinger: Periodesystemet kan deles mellom metaller og ikke-metaller. Metallbindinger oppstår mellom metallatomer, f. eks. kobber Cu, jern Fe, sølv Ag.

 

Ionebindinger: Et ion får man når et atom gir fra seg et eller flere elektroner eller når et atom mottar et eller flere elektroner. Et atom som gir fra seg elektroner får en positiv ladning (ioneladning), og et atom som mottar elektroner får en negativ ladning (ioneladning). Størrelsen på denne ladningen er avhengig av hvor mange elektroner som blir avgitt/motatt. Ioneforbindelser skjer mellom metaller og ikke-metaller. Et eksempel på en ioneforbindelse er natrium Na som reagerer med klor Cl. Natrium-atomet har et elektron i ytterste skall, når dette elektronet blir avgitt går natrium-atomet over til å bli et positivt natrium-ion, Na+. Klor-atomet har sju elektroner i ytterste skall og tar derfor imot dette elektronet, klor-atomet får nå åtte elektroner i ytterste skall og går over til å bli et negativt klor-ion, Cl-. Nå har man et poitivt og et negativt ion, disse har en tiltrekning på hverandre og danner altså det som kalles en ionebinding, Na+Cl-, som er et salt.

Kovalente bindinger: Når to eller flere ikke-metalliske atomer danner en forbindelse der de deler på elektroner får man det som kalles en kovalent binding, også kalt elektron-par-binding. Man har f. eks. vannmolekylet der to hydrogen-atomer H og et oksygen-atom O inngår. Oksygen-atomet har seks elektroner i ytterste skall, mens hydrogen-atomene har et elektron hver. Når da disse tre atomene danner en forbindelse forestiller vi oss at de deler alle elektronene (tilsammen åtte), men man får ikke en fullstendig overføring av elektroner til et av atomene slik man får i en ioneforbindelse. Derav navnet elektron-par-binding. Kovalentebindinger/elektron-par-bindinger danner det man kaller molekyler.

 

 

Nå som du ser så er det en forskjell i hvordan elektroner oppfører seg i de forskjellige forbindelsene. Som i metallbinding så svever elektroner i elektron sky og enkelt elektron kan bevege seg fritt over hele metallet. Mens Kovalente bindinger og hydrogenbindinger så blir de delt mellom atomene. Disse elektronene blir da "låst" fast og kan ikke bevege seg over hele materialet som i metallbindinger. Her ligger hovedforskjellen på metall og isolator, og grunnen til hvorfor den enne leder strøm og ikke den andre.

 

Med det sagt så beveger jo elektronene seg mellom atomene bare i mindre grad fritt i den enne forbindelsen. Derfor vil forklaringen på teorien jeg oppga være gjeldende (jeg vet ikke dette sikkert, men det er det jeg og mange andre tror gjelder); En plass mellom disse atomene kan da ha ingen, 1 eller flere enn 1 elektroner avhengig av tiden. Pga dette fluktuerer alle båndene mellom atomene til en hvis grad.Altså, et energibånd i et materiale er både tomt, 50% fullt og fullt samtidig siden elktroner sviver rundt med ekstrem hastighet.

 

 

Når det gjelder halvledere så har den begge egenskapene til metallet og isolatoren. Hva for slags oppførsel den kommer til å ha avhenger av temperaturen og dermed entropi (om du ikke er kjent med entropi kan kanskje wikipedia hjelpe ).

Atomene i en halvleder låner bort elektronene i sine ytterste elektronskall til nabo-atomene, slik at atomene fyller opp hverandres ledige elektronplasser i de ytterste skallene. Dermed er alle ytterskall elektronene involvert i bindingene mellom atomene, og det er ingen igjen som kan bevege seg fritt. Når stoffet ikke leder elektroner, sier vi at det ikke leder strøm.

 

Halvledere vil lede strøm hvis de varmes opp, det settes på en tilstrekkelig ytre spenning, eller de dopes med selv små mengder av et annet grunnstoff som fører med seg enten overskudd eller underskudd av elektroner. Underskudd av elektroner kalles også for hull, som er positive ladningsbærere. Halvledere er altså dårlige elektriske ledere rett og slett.

 

Håper at du føller deg mer opplyst enn forvirret, jeg prøvde mitt beste å forklare så godt jeg kunne. Er ting uklare kan jeg prøve å omformulere

Endret 4. mars 2010 av Bakura

[GeO]

Bakura: jeg har en vag fornemmelse av at du kanskje ikke tenker på helt det samme som det trådstarter spør om.

 

Dersom et elektronisk bånd er dannet ved overlapp av kun én type orbitaler (f.eks. alle 4s-orbitalene i et stort antall metallatomer), så vil dette båndet kunne være fylt halvveis, helt eller ikke i det hele tatt. Dette kommer av at hver av orbitalene kun kan befolkes av to, ett eller ingen elektroner.

 

Når det er sagt, så er ikke dette båndet noe reelt fysisk oppholdssted for elektronet, men en energimessig tilstand. Selve elektronene i båndet vil i prinsippet være delokalisert over hele metallet, så slik sett fluktuerer jo elektronene.

[Bakura]

Bakura: jeg har en vag fornemmelse av at du kanskje ikke tenker på helt det samme som det trådstarter spør om.

 

Dersom et elektronisk bånd er dannet ved overlapp av kun én type orbitaler (f.eks. alle 4s-orbitalene i et stort antall metallatomer), så vil dette båndet kunne være fylt halvveis, helt eller ikke i det hele tatt. Dette kommer av at hver av orbitalene kun kan befolkes av to, ett eller ingen elektroner.

 

Når det er sagt, så er ikke dette båndet noe reelt fysisk oppholdssted for elektronet, men en energimessig tilstand. Selve elektronene i båndet vil i prinsippet være delokalisert over hele metallet, så slik sett fluktuerer jo elektronene.

 

Ah, skjønner. Vel det er jo som du sier hvis det er det det spørres om da

[Olympico]

Når man doper en halvleder med elektrondonorer, vil de nye elektronene gå rett opp i ledningsbåndet, eller oppta energinivåer i båndgapet?

[Fjonisen]

Når man doper en halvleder med elektrondonorer, vil de nye elektronene gå rett opp i ledningsbåndet, eller oppta energinivåer i båndgapet?

Ved 0 Kelvin vil donorelektronene befinne seg i energinivået i båndgapet. Men for romtemperatur er den termiske energien (kT) nok til å ionisere donoratomene slik at elektronene går opp i ledningsbåndet. Dermed øker ledningsevnen til materialet veldig.

Endret 15. april 2010 av cyclo
Fjernet off topic

[iNeo]

Kan man lage grunnstoffer i dag? Sette sammen atomer og molekyler osv Er ganske så grønn på dette feltet, men har alltid syntes det jeg kunne forstå er interessant.

[Sitronsaft]

iNeo: Prøvde å google det, men var ikke så lett. Derfor fant jeg wikipedia-artikkelen om grunnstoff og leste litt der. Informasjonen stammer fra "Kjemien stemmer" som er grunnbok i kjemi på videregående nivå :

 

De fleste grunnstoffer før uran i periodesystemet er stabile, og ikke radioaktive i sin grunnform. Derimot kan isotoper være radioaktive. Blant de høyere nummererte grunnstoffene er mange ustabile og radioaktive i alle former. Dette inkluderer alle kunstig fremstilte grunnstoff, det vil si alle grunnstoff med atomnummer over 92. Plutonium er et eksempel på et slikt grunnstoff.

 

Grunnstoffer kan altså fusjoneres til å bli andre grunnstoff, noe som er ganske kjent. F.eks. i solen fusjoneres det hydrogen til helium konstant. Basert på det som står i fet skrift trekker jeg en mulig konklusjon om at man ikke kan lage et grunnstoff fra bunnen av (som er det du sikter til?) ettersom det står at bare stoffer med atomnummer over 92 er kunstig fremstilt. Da regner jeg med at disse er et resultat av fusjonsprosesser av lettere atomer som aldri dannes naturlig, og at samtlige av disse kunstige stoffene er radioaktive etter fusjon og at de etter kort tid spaltes til lettere stoffer igjen.

 

Dog går jeg bare i VG2 og har lite ekspertise på området. Interessant om noen hadde svaret på dette Må vel kunne litt om elementærpartiklene for å gi noe godt svar, stoffene som atomene er bygget opp av.

 

Fin tråd forresten ^^

Endret 14. april 2010 av Sitronsaft

[Fjonisen]

Du er absolutt inne på rett spor, Sitronsaft! Det finnes to måter å fremstille atomer på:

 

(1) fusjon av tyngre kjerner (som du nevner). For eksempel kan man fremstille grunnstoffene fra 107 til 112 ved fusjon av bly eller bismuth med jern/nikkel/sink

(2) absorpsjon av nøytroner eller alfapartikler i en partikkelaksellerator. Man kan for eksempel lage gull ved å bombardere en spesiell isotop av kvikksølv med nøytroner. Men det finnes begrensinger for hva man kan fremstille! Det er nemlig kun de atomene som blir mer stabile av denne bombarderingen som gir et stabilt produkt. Og disse isotopene er gjerne sjeldne (nettopp fordi de er ustabile i utgangspunktet) Kun 0,15% av alt kvikksølv er av riktig isotop for å kunne brukes til å fremstille gull...!

 

Så: det finnes praktiske utfordringer, men det er mulig å også fremstille mer "vanlige" grunnstoff som gull kunstig i laboratoriet.

[Sitronsaft]

Men det er altså, på ingen måte (per dags dato) mulig å kunstig fremstille et grunnstoff fra bunnen av?

[bjelleklang]

Men det er altså, på ingen måte (per dags dato) mulig å kunstig fremstille et grunnstoff fra bunnen av?

 

Hva mener du egentlig med kunstig fremstilling? Jeg ville vel si å framstille et nytt grunnstoff som ikke er stabilt kunstig framstilt.

[SeaLion]

Mener du å fusjonere seg fram til nye grunnstoff ved å ta utgangspunkt i det enkleste atomet, nemlig hydrogen?

Eller å bygge opp nye atomer ved å sette samme protoner, nøytroner og elektroner?

 

Det siste er umulig med dagens teknologi, og det første er svært tungvindt, fordi alle grunnstoffene opp til og med uran allerede finnes i naturen.

 

Det er derfor man bruker tunge grunnstoff for å lage tyngre grunnstoff, med en slik metode trenger man kun én kollisjon for å få et resultat.

 

Men de fleste tyngre grunnstoffene er ekstremt ustabile, de aller tyngste opphører å eksistere i løpet av det første sekundet. Fysikerne har dog et håp om et grunnstoff over atomnummer 120 et sted vil vise seg å være et stabilt grunnstoff med helt unike egenskaper.

[Sitronsaft]

Eller å bygge opp nye atomer ved å sette samme protoner, nøytroner og elektroner?

This. Og du besvarte spørsmålet mitt, at dette er umulig med dagens teknologi. Takk

 

Ja, gøy med slik atomfysikk Får håpe de klarer å fremstille dette stabile grunnstoffet med atomnummer over 120.

[cyclo]

Trollet sprakk... Andre troll som måtte forville seg innom denne tråden vil bli utsatt for sollys. Når de er blitt til stein, tas slegge frem.

Endret 15. april 2010 av cyclo

[Flimzes]

Det skjer ute i universet, stoffer fisjoneres (Deles) og fusjoneres (settes sammen) hele tiden, og det mest stabile stoffet er jern, og jeg mener å ha hørt at det er det vanligste stoffet i universet.

Det er nesten umulig å fisjonere og fusjonere jern sammenlignet med andre stoffer.

[SirDrinkAlot]

Det skjer ute i universet, stoffer fisjoneres (Deles) og fusjoneres (settes sammen) hele tiden, og det mest stabile stoffet er jern, og jeg mener å ha hørt at det er det vanligste stoffet i universet.

Det er nesten umulig å fisjonere og fusjonere jern sammenlignet med andre stoffer.

Det vanligste stoffet i universet er hydrogen, så helium. (Hvis vi ikke snakker om mørk materie da... (som vi ikke vet hva er , så la oss droppe det))