Why atomic theory doesn't work for solids | Class 12 (India) | Physics | Khan Academy

Bütün bu hesablama maşınlarını qurmaq

üçün yarımkeçiricilərdən necə istifadə

olunduğunu anlamaqdan ötrü lap

əvvəldən başlamalıyıq. Gəlin, elə başlayaq

yarımkeçiricilərin niyə yarımkeçirici adlanmasından.

Niyə bəzi materiallar

elektriki keçirdiyi

halda

digərləri keçirə bilmir?

Bunu başa düşmək üçün atom səviyyəsinə

enmək lazımdır. Bizim artıq atom haqda

müəyyən anlayışımız var.

Lakin, bizim atomun quruluşu

haqda biliyimiz kifayət deyil.

Buna görə də bu videoda

əvvəlki videoda öyrəndiklərimizi

gözdən keçirəcəyik.

Və niyə bizə məlum olan

atom nəzəriyyəsinin

bərk materiallar üçün keçərli olmadığının

şahidi olacağıq.

Artıq atom haqqında müəyyən biliyimiz var.

Məsələn, bütün maddələrin atomlardan təşkil olunduğunu bilirik.

Əgər atomlardan birini götürüb yaxınlaşdırsaq,

atomların özlərinin də daha kiçik

zərrəciklərdən ibarət olduğunu görərik.

Atomun mərkəzində, nüvə adlandırdığımız

müsbət yüklü zərrəcik yerləşir

və mənfi yüklü elektronlar isə

nüvə tərəfindən cəzb olunur

və elektronlar planetlərin Günəş ətrafında

dövr etdiyi kimi nüvənin

ətrafında müxtəlif orbitlərdə fırlanırlar.

Lakin, bu o qədər də dəqiq model deyil.

Buna daha sonra qayıdacağıq.

Hələlik bu modeli istifadə edəcəyik.

Bilin ki, nüvə ətrafında, bunun kimi atoma

sıx bağlanmış elektronlar mövcuddur.

Bunları daxili elektronlar adlandırırıq.

Daxili elektronlar keçiricilikdə heç bir

rol oynamır.

Ancaq, burada nüvə tərəfindən

az cəzb olunan elektronlar da var

və həmin elektronlar bir atomdan digərinə

hərəkət etməkdə sərbəstdirlər.

Məhz bu elektronlar keçiricilikdə

rol oynayır və onları valent

yaxud da sərbəst elektronlar adlandırırıq.

Bəzi materiallarda

bu elektronları qoparmaq çox asandır.

Bu halda, çox sayda elektron atomu

tərk edir və onları yaxşı keçirici ya da sadəcə

keçirici adlandırırıq.

Lakin, bəzi materiallarda bu cür

sərbəst elektronları qoparmaq olduqca çətindir.

bu halda az miqdarda elektron qopur

və belə materiallar dielektriklər adlanır.

Yarımkeçiricilər isə keçiricilərlə

dielektriklər arasında aralıq vəziyyət

tutan materiallardır.

İndi belə bir sual yaranır.

Elektron necə sərbəst olur?

Onu sərbəst edən nədir və nədən asılıdır?

Bizim anlamalı olduğumuz şey budur.

İndi bütün bu məsələni bərk maddələr üçün

nəzərdən keçirək, çünki yarımkeçiricilər

bərk maddələrdir və bərk maddədələrdə

elektronu sərbəst edən hadiənin nə olduğunu bilməliyik.

Bunu bilmək üçün atomun planetar

modelini bir kənara qoymalıyıq, çünki

bu model dəqiq deyil.

Bunun üçün atomun daha dəqiq

bir modelinə istinad etməliyik.

Gəlin başlayaq.

Biz bunu artıq kimya kursunda öyrənmişik.

İlk növbədə, elektronların harada

yerləşməsinə və hansı orbit üzrə hərəkət

etməsinə baxmaq əvəzinə

onların enerjiləri haqqında fikirləşmək yaxşı olardı.

Elektronların enerji tutumu haqqında

düşünmək daha məqsədəuyğundur.

Artıq biz kimyadan bilirik ki,

hər bir atomun içərisindəki

elektronlar təyin olunmuş

enerji dəyərlərinə

malik olurlar,

yalnız xüsusi enerji səviyyələri.

Ola bilsin ki, elektronun malik ola

biləcəyi ən kiçik enerji buradır.

Qrafikdəki qiymətlər o qədər də vacib

olmadığı üçün onları yazmayacağıq.

Belələiklə, ola bilsin

bu, elektronun sahib ola

biləcəyi ən kiçik enerjidir.

Elektronun sahib ola biləcəyi

sonrakı enerji səviyyəsi burada

və daha sonrakı səviyyə buralarda

ola bilər və sairə.

Və bu enerji səviyyələrini adlandırırıq.

Ən aşağı enerji səviyyəsini 1S,

daha sonrakını 2S adlandırırıq.

Bundan sonrakı isə 2P olur.

Daha sonra 3S, 3P və belə davam edir.

Əgər bunlar sizə yenidirsə,

və S və P-nin nə olduğunu bilmirsinizsə,

videonu dayandırıb

elektron konfiqurasiyası videolarına

baxa bilərsiniz.

Aydındır ki, elektronlar bu enerji

səviyyələrində təsadüfi yerləşmirlər.

Elektronlar bu enerji səviyyələrini

müəyyən qanunauyğunluğa əsasən

doldururlar.

Bu qanun Paulinin istisna prinsipi

adlanır.

İstisna prinsipi yaxud qanunu.

Bu, onu deməyə imkan yaradır ki,

heç bir iki elektron

eyni enerjiyə

malik ola bilməz.

Bu Pauli prinsipinin dəqiq tərifi

olmasa da bizim üçün bu qədəri kifayətdir.

Gəlin, indi bir nümunə götürək.

Natrium atomunu götürək.

Natrium atomunda

11 elektron var

və bu 11 elektron yalnız

xüsusi enerji səviyyələrində ola bilər.

Elektronlar bu enerji səviyyələrini

istisna prinsipinə görə

dolduracaqlar.

Yadda saxlamaq lazımdır ki, elektronlar

həmişə ən az enerjini tutmaq istəyirlər.

Belə ki, ilk elektron bura gələcək

və sonrakı elektron Pauli

prinsipinə görə bura gedə bilməz.

Çünki bu prinsipə görə, əgər

ikinci elektron bura gəlsə, onda

onlar gərək eyni enerjiyə malik olsunlar.

Lakin, bu belə deyil, elektronlar fırlanma istiqamətindən

asılı olaraq yuxarı və aşağı spinlərdə ola bilərlər.

Əgər ilk elektron 1S səviyyəsinə getsə,

və saat əqrəbi istiqamətində fırlansa,

onda digər elektron eyni enerji səviyyəsində

lakin, əks istiqamətdə fırlanar.

Çünki məlum olur ki, bu iki

spinin az da olsa enerji fərqləri var.

Beləliklə, bu elektronlar hələ də Pauli

prinsipinə tabe olurlar, çünki spinlərinə

görə eyni enerjiyə malik deyillər.

Lakin üçüncü elektron

artıq 1S səviyyəsində ola bilməz.

Çünki belə halda və yuxarı spində olsa,

birinci elektronla eyni olar.

Aşağı spində olduqda isə,

onda ikinci elektronla eyni olar.

Buna görə də bu hal mümkün deyil

və bu elektron növbəti

enerji səviyyəsini doldurmalıdır.

Bu, iki səviyyənin arasında bir yerdə də ola bilər

Lakin, aralardakı enerji səviyyələri

bu elektronlar üçün əlçatan deyil.

Bu halda, üçüncü elektron 2S səviyyəsini tutur

və yenidən yuxarı spində ola bilər.

Dördüncü elektron isə aşağı spində olacaq.

Sonrakı elektron burada yuxarı spində

və daha sonrakı aşağı spində olacaq.

İndi burda belə bir şey

məlum olur ki, P enerji səviyyəsində

elektronlar enerji səviyyəsini üç fərqli

yolla doldura bilərlər.

Biz bunları orbitallar adlandırırıq.

S enerji səviyyəsi üçün, bildiyimiz kimi,

yalnız bir üsul var.

Deməli, burada yalnız bir

P səviyyəsində üç orbital var.

Bu halda, digər elektron başqa orbitalda

olmaqla 2P enerji səviyyəsini tuta bilər.

Yəni, bu və bu elektron

müxtəlif orbitallarda

və yaxud da müxtəlif

konfiqurasiyalarda olacaq.

Belə ki, onlar eyni olmayacaq.

Daha sonra, başqa bir elektron eyni

orbitalda aşağı spində olacaq.

Sonrakı elektronlar isə P-nin üçüncü

orbitalında yuxarı və aşağı spinlərdə olacaq.

2P səviyyəsi artıq dolduruldu.

Burda artıq boş orbital yoxdur.

Və sonuncu elektron

Əgər saysaq, bir, iki, üç, dörd, beş,

altı, yeddi, səkkiz, doqquz, on və son

elektron 3S-də yuxarı spində olacaq.

Ancaq, bu, tək natrium atomu üçündür.

Bəs, əgər iki natrium atomu götürsək,

nə baş verər?

Əgər bunun kimi

bir növ molekul əmələ gətirsələr,

bu molekuldakı elektronlar enerji səviyyələrini

necə doldurar?

İlk növbədə düşünə bilərsiniz ki, hər atom

enerji səviyyələrini bu şəkildə doldurar.

Lakin, bu mümkün deyil.

Əgər bu şəkildə etməyə

çalışsaq, onda Pauli prinsipi

pozular.

Xatırladaq ki, Pauli prinsipinə görə

heç bir iki elektron,

bir atomdakı heç bir iki elektron, yaxud

bir molekulda heç bir iki atom, yaxud da

bütün bir bərk maddə daxilində heç bir

iki elektron eyni enerjiyə sahib ola bilməz.

Belə ki, əgər iki atomun da elektron

konfiqurasiyasl bu cür olarsa, onda

bu və buradakı elektron eyni olacaq.

Onlar tamamilə eyni olacaqlar.

Bu halda, eyni elektron cütləri yaranacaq

və Pauli prinsipi pozulacaq, ona görə də bu hal mümkün deyil.

Əgər 10 ədəd bir-birinə sıx bağlanmış

natrium atomlarından ibarət

bərk bir maddə götürsək və

bu modeli hər bir atoma tətbiq etsəydik,

onda hər səviyyədə 10 ədəd

oxşar elektronlar olardı.

Və bu da Pauli prinsipinə zidd olardı.

Burada əsas məsələ odur ki,

tək atomlar üçün yararlı olan bu quruluş

bərk maddələr üçün keçərli deyil.

Belə olan halda, bərk maddələrdə

elektronların necə düzüldüyünü anlamaq

üçün yeni model zəruridir və

bu haqda gələcək videolarda bəhs edəcəyik.