Eletrônica Básica - Materiais

A matéria é composta de moléculas que consistem de átomos. De acordo com a teoria de Bohr, “o átomo consiste em um núcleo carregado positivamente e uma série de elétrons carregados negativamente que giram em torno do núcleo em várias órbitas”. Quando um elétron é elevado de um estado inferior para um estado superior, diz-se que éexcited. Embora seja excitante, se o elétron for completamente removido do núcleo, diz-se que o átomo está ionizado. Assim, o processo de elevar o átomo do estado normal para este estado ionizado é chamado deionization.

A figura a seguir mostra a estrutura de um átomo.

De acordo com o modelo de Bohr, diz-se que um elétron se move em um determinado Orbit, enquanto de acordo com a mecânica quântica, um elétron é dito estar em algum lugar no espaço livre do átomo, chamado de Orbital. Esta teoria da mecânica quântica provou estar certa. Portanto, um limite tridimensional onde um elétron é provável de ser encontrado é chamado deAtomic Orbital.

Números quânticos

Cada orbital, onde um elétron se move, difere em sua energia e forma. Os níveis de energia dos orbitais podem ser representados usando um conjunto discreto de integrais e semi-integrais, conhecidos como números quânticos. Existem quatro números quânticos usados ​​para definir uma função de onda.

Número quântico principal

O primeiro número quântico que descreve um elétron é o Principal quantum number. Seu símbolo én. Ele especifica o tamanho ou ordem (nível de energia) do número. Conforme o valor de n aumenta, a distância média do elétron ao núcleo também aumenta, assim como a energia do elétron também aumenta. O nível de energia principal pode ser entendido como uma concha.

Número de Momentum Quantum Angular

Este número quântico tem lcomo seu símbolo. Este l indica a forma do orbital. Ele varia de 0 a n-1.

l = 0, 1, 2 ... n-1

Para a primeira camada, n = 1.

ou seja, para n-1, l = 0 é o único valor possível de l como n = 1.

Então, quando l = 0, é chamado de Sorbital. A forma de S é esférica. A figura a seguir representa a forma de S.

Se n = 2, então l = 0, 1, pois esses são os dois valores possíveis para n = 2.

Sabemos que é orbital S para l = 0, mas se l = 1, é P orbital.

O orbital P onde os elétrons são mais propensos a se encontrar está em dumbbellforma. Isso é mostrado na figura a seguir.

Número quântico magnético

Este número quântico é denotado por m_lque representa a orientação de um orbital em torno do núcleo. Os valores de m _l dependem de l.

$$ m_ {l} = \ int (-l \: \: a \: + l) $$

Para l = 0, m _l = 0, isso representa o orbital S.

Para l = 1, m _l = -1, 0, +1 esses são os três valores possíveis e isso representa o orbital P.

Portanto, temos três orbitais P como mostrado na figura a seguir.

Número Spin Quantum

Isso é representado por m_se o elétron aqui, gira no eixo. O movimento de rotação do elétron pode ser no sentido horário ou anti-horário, como mostrado abaixo.

Os valores possíveis para este número quântico de spin serão como,

$$ m_ {s} = + \ frac {1} {2} \: \: up $$

Para um movimento chamado spin up, o resultado é a metade positiva.

$$ m_ {s} = - \ frac {1} {2} \: \: baixo $$

Para um movimento chamado spin down, o resultado é a metade negativa.

Esses são os quatro números quânticos.

Princípio de Exclusão de Pauli

De acordo com o Princípio de Exclusão de Pauli, no two electrons in an atom can have the same set of four identical quantum numbers. Isso significa que, se dois elétrons quaisquer têm os mesmos valores de n, s, ml (como acabamos de discutir acima), o valor de l seria definitivamente diferente neles. Conseqüentemente, dois elétrons nunca terão a mesma energia.

Conchas eletrônicas

Se n = 1 é uma casca, então l = 0 é uma sub-casca.

Da mesma forma, n = 2 é uma casca e l = 0, 1 é uma sub-casca.

As camadas de elétrons correspondentes a n = 1, 2, 3… .. são representadas por K, L, M, N respectivamente. As sub-camadas ou orbitais correspondentes a l = 0, 1, 2, 3 etc. são denotados por s, p, d, f etc. respectivamente.

Vamos dar uma olhada nas configurações eletrônicas de carbono, silício e germânio (Grupo IV - A).

Observa-se que a subcamada p mais externa em cada caso contém apenas dois elétrons. Mas o número possível de elétrons é seis. Portanto, existem quatrovalence electronsem cada casca mais externa. Portanto, cada elétron em um átomo tem uma energia específica. O arranjo atômico dentro das moléculas em qualquer tipo de substância é quase assim. Mas o espaçamento entre os átomos difere de material para material.