En física del estado sólido, el concepto de bandas de energía en los sólidos no es más que una sinfonía de la mecánica cuántica en la que los electrones, los maestros de la carga, tocan sus intrincadas melodías. Estas bandas de energía representan los estados cuánticos colectivos disponibles para los electrones en un sólido, y explorarlas revela un rico espectro de comportamiento electrónico. Desde los acogedores confines de los aisladores hasta los concurridos pasillos de conductores, la disposición de los electrones en bandas de energía determina las propiedades eléctricas, ópticas y térmicas de los materiales. En este artículo, nos embarcamos en un viaje a través del fascinante paisaje de las bandas de energía en los sólidos, revelando sus misterios y sus profundas implicaciones para nuestra comprensión de la materia y las tecnologías que dan forma a nuestro mundo moderno. Únase a nosotros en nuestro viaje hacia este reino sinfónico donde la armonía de los electrones orquesta la esencia de la física del estado sólido.
Electrones de la primera capa: proximidad y reactividad.
La órbita más interna
Imagine un átomo como un pequeño sistema solar con el núcleo en el centro y los electrones orbitando a su alrededor. La primera capa es la órbita más interna, la más cercana al núcleo. Los electrones que ocupan esta capa son como centinelas estacionados en el corazón del átomo.
Proximidad al poder
Los electrones de la primera capa están estrechamente unidos al núcleo del átomo debido a la fuerte atracción electrostática entre cargas opuestas. Este enlace hace que estos electrones tengan los niveles de energía más bajos dentro del átomo. Son como guardias leales que protegen firmemente su territorio.
Baja energía, baja reactividad.
Los bajos niveles de energía de los electrones de la primera capa influyen significativamente en su reactividad. Debido a su proximidad al núcleo, es menos probable que estos electrones participen en reacciones químicas. Debido a su baja energía, es menos probable que se enlacen con otros átomos, lo que limita su participación en los enlaces químicos.
La capa de valencia
A diferencia de los electrones de la primera capa, los electrones de la capa más externa, a menudo llamada capa de valencia, tienen mucha más energía. La reactividad química de un átomo reside principalmente en la capa de valencia. Debido a su mayor nivel de energía y su mayor distancia del núcleo, los electrones de valencia interactúan fácilmente con otras partículas, formando enlaces e impulsando reacciones químicas.
El papel de los electrones de la primera capa.
Aunque los electrones de la primera capa no son los actores principales en las reacciones químicas, su presencia sigue siendo esencial. Determinan las propiedades fundamentales del átomo e influyen en propiedades como el tamaño del átomo y la energía de ionización. Estas propiedades, a su vez, influyen en cómo una partícula interactúa con otras partículas para formar moléculas y compuestos.
Estructura básica de un átomo.
En un sólido, los átomos están cerca unos de otros. En este caso, varios átomos comparten los electrones de la capa exterior. Por tanto, estos electrones son menos fuertes que la fuerza de otro átomo. Los electrones de valencia se comparten formando un enlace a través de los electrones de valencia de los átomos vecinos. Estos enlaces se denominan enlaces covalentes. Por tanto, en condiciones normales, los electrones de valencia no están libres porque los átomos vecinos los unen.
Ahora los electrones de valencia mantienen niveles máximos de energía. A medida que estos electrones forman enlaces covalentes, los niveles de energía asociados con los electrones de valencia se combinan debido al acoplamiento de los electrones de valencia. Esta inclusión crea una banda de energía.
De manera similar, los diferentes niveles de energía de numerosos electrones cambian en la primera órbita, la segunda órbita, etc. también se combinan para formar varias bandas de energía.
Como alternativa a los niveles de energía generalmente separados que se encuentran en los átomos aislados, existen niveles de energía estrechamente espaciados en un sólido, llamados bandas de energía.
De todas las bandas de energía, las bandas de energía importantes están en los sólidos.
- Cinta con volantes
- banda de conducción
- Brecha energética prohibida
Cinta con volantes
Los electrones que ocupan la órbita o capa más externa de un átomo se llaman electrones de valencia. En una fracción normal, un enlace de valencia tiene los electrones de mayor energía. Este rango puede llenarse total o parcialmente.
Resistencia en el circuito de corriente alterna.
La resistencia en un circuito de CA se refiere a la resistencia que ofrece un componente o material al flujo de corriente alterna. La resistencia en un circuito de CA provoca una caída de voltaje en el elemento y disipa la energía eléctrica en forma de calor. Cuando se aplica un voltaje alterno a un circuito que contiene componentes resistivos como resistencias o conductores, una corriente oscila hacia adelante y hacia atrás, cambiando constantemente de dirección.