Quantum physics describes the state

Quantum physics describes the states of electrons in an atom according to the four-fold scheme of quantum numbers. The quantum numbers describe the allowable states electrons may assume in an atom. To use the analogy of an amphitheater, quantum numbers describe how many rows and seats are available. Individual electrons may be described by the combination of quantum numbers, like a spectator in an amphitheater assigned to a particular row and seat.

Like spectators in an amphitheater moving between seats and rows, electrons may change their statuses, given the presence of available spaces for them to fit, and available energy. Since shell level is closely related to the amount of energy that an electron possesses, “leaps” between shell (and even subshell) levels requires transfers of energy. If an electron is to move into a higher-order shell, it requires that additional energy be given to the electron from an external source. Using the amphitheater analogy, it takes an increase in energy for a person to move into a higher row of seats, because that person must climb to a greater height against the force of gravity. Conversely, an electron “leaping” into a lower shell gives up some of its energy, like a person jumping down into a lower row of seats, the expended energy manifesting as heat and sound.

Not all “leaps” are equal. Leaps between different shells require a substantial exchange of energy, but leaps between subshells or between orbitals require lesser exchanges.


When atoms combine to form substances, the outermost shells, subshells, and orbitals merge, providing a greater number of available energy levels for electrons to assume. When large numbers of atoms are close to each other, these available energy levels form a nearly continuous band wherein electrons may move as illustrated in Figure below




Electron band overlap in metallic elements.

It is the width of these bands and their proximity to existing electrons that determines how mobile those electrons will be when exposed to an electric field. In metallic substances, empty bands overlap with bands containing electrons, meaning that electrons of a single atom may move to what would normally be a higher-level state with little or no additional energy imparted. Thus, the outer electrons are said to be “free,” and ready to move at the beckoning of an electric field.




Band overlap will not occur in all substances, no matter how many atoms are close to each other. In some substances, a substantial gap remains between the highest band containing electrons (the so-called valence band) and the next band, which is empty (the so-called conduction band). See Figure below. As a result, valence electrons are “bound” to their constituent atoms and cannot become mobile within the substance without a significant amount of imparted energy. These substances are electrical insulators.




Electron band separation in insulating substances.


Materials that fall within the category of semiconductors have a narrow gap between the valence and conduction bands. Thus, the amount of energy required to motivate a valence electron into the conduction band where it becomes mobile is quite modest. (Figure below)




Electron band separation in semiconducting substances, (a) multitudes of semiconducting close atoms still results in a significant band gap, (b) multitudes of close metal atoms for reference.

At low temperatures, little thermal energy is available to push valence electrons across this gap, and the semiconducting material acts more as an insulator. At higher temperatures, though, the ambient thermal energy becomes enough to force electrons across the gap, and the material will increase conduction of electricity.

It is difficult to predict the conductive properties of a substance by examining the electron configurations of its constituent atoms. Although the best metallic conductors of electricity (silver, copper, and gold) all have outer s subshells with a single electron, the relationship between conductivity and valence electron count is not necessarily consistent:


The electron band configurations produced by compounds of different elements defies easy association with the electron configurations of its constituent elements.

REVIEW:
Energy is required to remove an electron from the valence band to a higher unoccupied band, a conduction band. More energy is required to move between shells, less between subshells.
Since the valence and conduction bands overlap in metals, little energy removes an electron. Metals are excellent conductors.
The large gap between the valence and conduction bands of an insulator requires high energy to remove an electron. Thus, insulators do not conduct.
Semiconductors have a small non-overlapping gap between the valence and conduction bands. Pure semiconductors are neither good insulators nor conductors. Semiconductors are semi-conductive.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ฟิสิกส์ควอนตัมอธิบายสถานะของอิเล็กตรอนในอะตอมตามโครงร่างแบบพับสี่ทบเลขควอนตัม เลขควอนตัมอธิบายรัฐอนุญาตอาจสมมติอิเล็กตรอนในอะตอม ใช้เปรียบเทียบของการแอมฟิเทียเตอร์ ตัวเลขควอนตัมอธิบายมีจำนวนแถวและที่นั่ง อิเล็กตรอนแต่ละตัวอาจจะอธิบาย โดยชุดของเลขควอนตัม ชอบแข่งขันในตัวแอมฟิเทียเตอร์ให้เฉพาะแถวและนั่งได้เช่นผู้ชมในการย้ายระหว่างที่นั่งและแถวแอมฟิเทียเตอร์ อิเล็กตรอนอาจเปลี่ยนแปลงสถานะของพวกเขา รับของช่องว่างให้พอดี และมีพลังงาน ตั้งแต่ระดับเปลือกจะสัมพันธ์ใกล้ชิดกับจำนวนพลังงานที่อิเล็กตรอนครบถ้วน ระดับ "leaps" ระหว่างเปลือก (แม้ subshell) ต้องการโอนย้ายของพลังงาน ถ้าอิเล็กตรอนจะย้ายไปยังเปลือกสูงสั่ง ต้องให้พลังงานเพิ่มเติมจะให้อิเล็กตรอนที่จากแหล่งภายนอก ใช้คำว่าแอมฟิเทียเตอร์ ใช้เพิ่มขึ้นในพลังงานสำหรับคนที่จะย้ายไปยังแถวที่นั่ง สูงเนื่องจากบุคคลนั้นต้องปีนให้สูงมากขึ้นกับแรงโน้มถ่วง ในทางกลับกัน มีอิเล็กตรอน "กระโจน" ลงในเปลือกล่างให้ค่าของพลังงาน ผู้คนกระโดดลงไปด้านล่างแถวที่นั่ง พลังงาน expended manifesting เป็นความร้อนและเสียง"Leaps" ไม่เท่ากัน Leaps ระหว่างเปลือกหอยต่าง ๆ จำเป็นต้องมีการแลกเปลี่ยนพบพลังงาน แต่ leaps ระหว่าง subshells หรือ ระหว่าง orbitals ต้องแลกน้อยกว่าเมื่ออะตอมรวมกับสารฟอร์ม เปลือกชั้นนอก subshells และ orbitals เวียน ให้จำนวนระดับพลังงานมีอิเล็กตรอนจะคิดมากกว่า เมื่ออะตอมจำนวนมากอยู่ใกล้กัน ระดับพลังงานเหล่านี้มีรูปแบบวงดนตรีอย่างต่อเนื่องเกือบนั้นอิเล็กตรอนอาจย้ายดังที่แสดงในรูปด้านล่างทับซ้อนวงอิเล็กตรอนในองค์ประกอบของโลหะความกว้างของวงเหล่านี้และของพวกเขาใกล้กับอิเล็กตรอนที่อยู่ที่กำหนดวิธีเคลื่อนที่อิเล็กตรอนจะเมื่อสัมผัสเข้ากับเขตข้อมูลของการไฟฟ้า ได้ ในสารโลหะ วงว่างทับซ้อนกับวงที่ประกอบด้วยอิเล็กตรอน หมายความ ว่า อิเล็กตรอนของอะตอมเดี่ยวอาจไปอะไรปกติจะมีสถานะสูงกว่า มีน้อย หรือไม่เพิ่มเติมพลังงาน imparted ดังนั้น อิเล็กตรอนภายนอกจะกล่าวว่า เป็น "อิสระ" และพร้อมที่จะย้ายที่ beckoning ของสนามไฟฟ้าวงซ้อนจะเกิดขึ้นในสารทั้งหมด ไม่กี่อะตอมอยู่ใกล้กัน ในบางสาร พบช่องว่างอยู่ระหว่างสูงสุดวงที่ประกอบด้วยอิเล็กตรอน (วงการเรียกว่าเวเลนซ์) และวงถัดไป ที่ว่างเปล่า (วงจึงเรียกว่า) ดูรูปด้านล่าง ดัง เวเลนซ์อิเล็กตรอนอยู่ "กับ" อะตอมของธาตุ และไม่กลายเป็นโทรศัพท์มือถือภายในสารไม่มียอดเงินสำคัญของพลังงาน imparted สารเหล่านี้มีลูกถ้วยไฟฟ้าแยกวงอิเล็กตรอนในฉนวนสารช่องว่างแคบระหว่างแถบเวเลนซ์และการนำวัสดุที่อยู่ในประเภทของอิเล็กทรอนิกส์ได้ ดังนั้น จำนวนพลังงานที่ต้องการจูงใจเวเลนซ์อิเล็กตรอนเป็นวงนำมันจะเคลื่อนที่เป็นค่อนข้างเจียมเนื้อเจียมตัว (รูปด้านล่าง)แยกวงอิเล็กตรอนในสารตัว, (ก) multitudes ของอะตอมตัวปิดยังผลในช่องว่างวงสำคัญ, (b) multitudes ของอะตอมโลหะปิดสำหรับการอ้างอิงอุณหภูมิต่ำ พลังงานความร้อนเล็กน้อยพร้อมจะผลักดันอิเล็กตรอนเวเลนซ์ข้ามช่องว่าง และวัสดุตัวขึ้นทำหน้าที่เป็นฉนวน ที่อุณหภูมิสูงกว่า แม้ว่า พลังงานความร้อนล้อมรอบกลายเป็นพอที่จะบังคับให้อิเล็กตรอนข้ามช่องว่าง และวัสดุจะเพิ่มการนำไฟฟ้าเป็นการยากที่จะทำนายคุณสมบัติไฟฟ้าของสาร โดยตรวจสอบโครงแบบอิเล็กตรอนของอะตอมของธาตุ แม้ว่าจะเป็นตัวนำโลหะสุดไฟฟ้า (เงิน ทองแดง และทอง) ทั้งหมดมี subshells ภายนอก s มีอิเล็กตรอนเดี่ยว ความสัมพันธ์ระหว่างนำจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนไม่จำเป็นต้องสอดคล้องกัน:โครงแบบของวงอิเล็กตรอนที่ผลิตสารประกอบขององค์ประกอบต่าง ๆ ต่อต้านง่ายสัมพันธ์กับโครงแบบอิเล็กตรอนของธาตุองค์ประกอบตรวจทาน:พลังงานจะต้องถอดมีอิเล็กตรอนจากแถบเวเลนซ์สูงเดินวง วงการนำ พลังงานมากขึ้นจะต้องย้ายเชลล์ น้อยระหว่าง subshellsSince the valence and conduction bands overlap in metals, little energy removes an electron. Metals are excellent conductors.The large gap between the valence and conduction bands of an insulator requires high energy to remove an electron. Thus, insulators do not conduct.Semiconductors have a small non-overlapping gap between the valence and conduction bands. Pure semiconductors are neither good insulators nor conductors. Semiconductors are semi-conductive.

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ควอนตัมฟิสิกส์อธิบายรัฐของอิเล็กตรอนในอะตอมตามโครงการสี่เท่าของตัวเลขควอนตัม ตัวเลขควอนตัมอธิบายรัฐที่อนุญาตอิเล็กตรอนอาจคิดในอะตอม ที่จะใช้ความคล้ายคลึงของอัฒจันทร์ตัวเลขควอนตัมอธิบายว่าหลายแถวและที่นั่งที่มีอยู่ อิเล็กตรอนของแต่ละบุคคลอาจจะอธิบายโดยการรวมกันของตัวเลขควอนตัมเช่นเดียวกับผู้ชมในอัฒจันทร์รับมอบหมายให้เป็นแถวโดยเฉพาะและที่นั่ง. เช่นเดียวกับผู้ชมในอัฒจันทร์ย้ายระหว่างที่นั่งและแถวอิเล็กตรอนอาจมีการเปลี่ยนแปลงสถานะของพวกเขาได้รับการปรากฏตัวของช่องว่างสำหรับ ให้เหมาะสมและพลังงานที่มีอยู่ ตั้งแต่ระดับเปลือกมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับปริมาณของพลังงานที่อิเล็กตรอนครอบครอง "กระโดด" ระหว่างเปลือก (และแม้ subshell) ระดับต้องมีการถ่ายโอนพลังงาน หากอิเล็กตรอนคือการย้ายเข้าไปอยู่ในเปลือกขั้นสูงก็ต้องใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้นจะได้รับการอิเล็กตรอนจากแหล่งภายนอก การเปรียบเทียบการใช้อัฒจันทร์ก็จะใช้เวลาเพิ่มขึ้นในการใช้พลังงานสำหรับคนที่จะย้ายเข้าไปอยู่ในแถวที่สูงขึ้นของที่นั่งเพราะคนที่จะต้องปีนขึ้นไปสูงมากขึ้นกับแรงโน้มถ่วง ตรงกันข้ามอิเล็กตรอน "กระโดด" ลงในเปลือกต่ำให้ขึ้นบางส่วนของพลังงานเช่นคนกระโดดลงไปในแถวล่างของที่นั่งพลังงานเผยการใช้จ่ายเป็นความร้อนและเสียง. ไม่ทั้งหมด "กระโดด" มีค่าเท่ากัน กระโดดระหว่างเปลือกหอยที่แตกต่างกันจำเป็นต้องมีการแลกเปลี่ยนที่สำคัญของพลังงาน แต่กระโดดระหว่าง subshells หรือระหว่าง orbitals จำเป็นต้องมีการแลกเปลี่ยนน้อย. เมื่ออะตอมรวมถึงรูปแบบสารเปลือกนอกสุดที่ subshells และ orbitals ผสานให้เป็นจำนวนมากของระดับพลังงานที่ใช้ได้สำหรับอิเล็กตรอน สมมติ เมื่อจำนวนของอะตอมอยู่ใกล้กับแต่ละอื่น ๆ เหล่านี้ระดับพลังงานที่มีอยู่ในรูปแบบวงดนตรีอย่างต่อเนื่องเกือบนั้นอิเล็กตรอนอาจย้ายดังแสดงในรูปด้านล่างวงดนตรีอิเลคตรอนที่ทับซ้อนกันในธาตุโลหะ. มันเป็นความกว้างของวงดนตรีเหล่านี้และความใกล้ชิดของพวกเขาเพื่ออิเล็กตรอนที่มีอยู่ที่ กำหนดวิธีการที่มือถือของอิเล็กตรอนเหล่านั้นจะเมื่อสัมผัสกับสนามไฟฟ้า สารโลหะที่ว่างเปล่าวงดนตรีที่ทับซ้อนกับวงดนตรีที่มีอิเล็กตรอนซึ่งหมายความว่าอิเล็กตรอนของอะตอมเดียวอาจย้ายไปสิ่งที่ตามปกติจะเป็นรัฐระดับสูงที่มีน้อยหรือไม่มีพลังงานเพิ่มเติมแก่ ดังนั้นอิเล็กตรอนชั้นนอกจะกล่าวว่าเป็น "ฟรี" และพร้อมที่จะย้ายที่ beckoning ของสนามไฟฟ้า. the ทับซ้อนวงจะไม่เกิดขึ้นในสารทั้งหมดไม่ว่ากี่อะตอมอยู่ใกล้กัน สารบางอย่างที่ทำให้เกิดช่องว่างที่สำคัญยังคงอยู่ระหว่างวงสูงสุดที่มีอิเล็กตรอน (วงจุที่เรียกว่า) และวงดนตรีต่อไปซึ่งเป็นที่ว่างเปล่า (การนำวงดนตรีที่เรียกว่า) ดูรูปด้านล่าง เป็นผลให้อิเล็กตรอนคือ "ผูกพัน" เพื่อส่วนประกอบอะตอมของพวกเขาและไม่สามารถเป็นมือถือที่อยู่ในสารโดยไม่ต้องจำนวนเงินที่สำคัญของพลังงานแก่ สารเหล่านี้เป็นฉนวนไฟฟ้า. แยกวงอิเล็กตรอนในสารฉนวน. วัสดุที่ตกอยู่ในหมวดหมู่ของเซมิคอนดักเตอร์มีช่องว่างแคบ ๆ ระหว่างความจุและวงดนตรีที่การนำ ดังนั้นปริมาณของพลังงานที่จำเป็นในการกระตุ้นให้อิเล็กตรอนจุเข้าไปในการนำวงดนตรีที่มันจะกลายเป็นมือถือที่ค่อนข้างเจียมเนื้อเจียมตัว (รูปด้านล่าง) แยกวงอิเล็กตรอนในสารกึ่งตัวนำสาร (ก) multitudes ของสารกึ่งตัวนำอะตอมใกล้ยังคงส่งผลให้ช่องว่างของวงอย่างมีนัยสำคัญ (ข) multitudes ของอะตอมโลหะใกล้สำหรับการอ้างอิง. ที่อุณหภูมิต่ำพลังงานความร้อนเล็ก ๆ น้อย ๆ ที่สามารถใช้ได้ที่จะผลักดันความจุ อิเล็กตรอนข้ามช่องว่างนี้และวัสดุกึ่งตัวนำทำหน้าที่มากขึ้นเป็นฉนวน ที่อุณหภูมิสูง แต่พลังงานความร้อนโดยรอบกลายเป็นพอที่จะบังคับอิเล็กตรอนข้ามช่องว่างและวัสดุที่จะเพิ่มการนำไฟฟ้า. มันเป็นเรื่องยากที่จะคาดการณ์คุณสมบัตินำของสารด้วยการตรวจสอบการกำหนดค่าอิเล็กตรอนของอะตอมองค์ประกอบ แม้ว่าที่ดีที่สุดตัวนำโลหะไฟฟ้า (เงิน, ทองแดงและทอง) ทุกคนมีด้านนอกของ subshells กับอิเล็กตรอนเดียวความสัมพันธ์ระหว่างการนำและจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนไม่จำเป็นต้องสอดคล้องกัน: การกำหนดค่าวงดนตรีอิเล็คตรอนที่ผลิตโดยสารประกอบขององค์ประกอบที่แตกต่างกันได้อย่างหวุดหวิดง่าย การเชื่อมโยงกับการกำหนดค่าของอิเล็กตรอนองค์ประกอบของ. REVIEW: พลังงานจะต้องเอาอิเล็กตรอนจากวงดนตรีจุที่จะเป็นวงดนตรีที่ว่างที่สูงกว่าการนำวงดนตรี พลังงานอื่น ๆ ที่จะต้องย้ายไปมาระหว่างเปลือกหอยน้อยระหว่าง subshells. ตั้งแต่วงดนตรีจุและทับซ้อนกันในการนำโลหะพลังงานน้อยเอาอิเล็กตรอน โลหะเป็นตัวนำที่ดีเยี่ยม. ช่องว่างขนาดใหญ่ระหว่างวงดนตรีจุและการนำฉนวนต้องใช้พลังงานสูงในการลบอิเล็กตรอน ดังนั้นฉนวนไม่ดำเนินการ. อุปกรณ์กึ่งตัวนำมีช่องว่างที่ไม่ทับซ้อนกันระหว่างขนาดเล็กความจุและวงดนตรีที่การนำ เซมิคอนดักเตอร์บริสุทธิ์จะไม่ดีหรือฉนวนไฟฟ้า อุปกรณ์กึ่งตัวนำกึ่งตัวนำ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ฟิสิกส์อธิบายสถานะของอิเล็กตรอนในอะตอมตามสี่พับโครงการเลขควอนตัม ตัวเลขควอนตัมอธิบายที่อิเล็กตรอนรัฐอาจสันนิษฐานในอะตอม ใช้ความคล้ายคลึงของอัฒจันทร์ เลขควอนตัมอธิบายวิธีการหลายแถวและที่นั่งมี อิเล็กตรอนแต่ละบุคคลอาจจะอธิบายโดยการรวมกันของตัวเลขควอนตัมเหมือนได้ชมในอัฒจันทร์มอบหมายให้แถวไหน ที่นั่งและ

เหมือนผู้ชมในอัฒจันทร์เคลื่อนที่ระหว่างแถวที่นั่ง และ อิเล็กตรอนอาจเปลี่ยนสถานะของพวกเขาได้รับมีเป็นของพวกเขาพอดี และใช้พลังงาน ตั้งแต่ระดับเชลล์จะเกี่ยวข้องกับปริมาณของพลังงานที่อิเล็กตรอนที่เป็นเจ้าของ" กระโดด " ( ระหว่างเปลือกและแม้แต่ซับเชลล์ ) ระดับการใช้พลังงาน ถ้าอิเล็กตรอนจะย้ายเข้าไปอยู่ในกะลาเชิง มันต้องใช้พลังงานเพิ่มเติมได้รับอิเล็กตรอนจากแหล่งภายนอก ใช้อัฒจันทร์คล้ายคลึง มันจะเพิ่มพลังงานสำหรับคนที่ย้ายเข้ามาอยู่แถวที่สูงขึ้นจากที่นั่งเพราะคนที่ต้องปีนขึ้นไปสู่ความสูงที่มากขึ้นต่อต้านแรงโน้มถ่วง ในทางกลับกัน อิเล็กตรอน " กระโจน " ลงในเปลือกลดลง ทำให้พลังงานของพวกมัน เหมือนคนกระโดดลงไปแถวล่างของที่นั่ง ใช้จ่ายพลังงาน เผยเป็นความร้อนและเสียง

ไม่ได้ทั้งหมด " กระโดด " จะเท่ากัน กระโดดระหว่างหอยที่แตกต่างกันต้องใช้ตราสำคัญของพลังงานแต่ subshells leaps ระหว่างหรือระหว่างวงโคจรต้องน้อยกว่าการแลกเปลี่ยน


เมื่ออะตอมรวมกันเพื่อฟอร์มสุดสาร หอย subshells และออร์บิทัลเชิงผสานการให้จำนวนระดับพลังงานของอิเล็กตรอนจะถือว่า เมื่อตัวเลขขนาดใหญ่ของอะตอมอยู่ใกล้กับแต่ละอื่น ๆเหล่านี้ของพลังงานรูปแบบวงเกือบอย่างต่อเนื่องซึ่งอิเล็กตรอนอาจย้ายตามที่แสดงในรูปด้านล่าง




อิเล็กตรอนวงซ้อนในธาตุโลหะ

มันคือความกว้างของแถบเหล่านี้ และความใกล้ชิดของพวกเขาให้อิเล็กตรอนที่มีอยู่กําหนดวิธีการโทรศัพท์มือถืออิเล็กตรอนเหล่านั้นจะเมื่อสัมผัสกับสนามไฟฟ้า ในสารโลหะวงว่างทับซ้อนกับแถบที่มีอิเล็กตรอนที่อิเล็กตรอนของอะตอมเดี่ยวอาจจะย้ายไปยังสิ่งที่โดยปกติจะเป็นรัฐสูงหรือน้อยไม่เพิ่มพลังงานเพิ่ม . ดังนั้นอิเล็กตรอนชั้นนอกจะกล่าวว่าเป็น " ฟรี " และพร้อมที่จะย้ายใน beckoning ของสนามไฟฟ้า




วงซ้อนกัน จะไม่เกิดขึ้นใน สารไม่ว่ากี่อะตอมอยู่ใกล้กัน ในช่องว่างระหว่างสสารจำนวนมากยังคงสูงสุด ( ที่เรียกว่าวงดนตรีวงดนตรีที่มีอิเล็กตรอนเวเลนซ์ ) และวงต่อไปซึ่งว่างเปล่า ( เรียกว่าวงดนตรี conduction ) ดูรูปด้านล่าง ผลอิเล็กตรอนเป็น " ผูก " อะตอมองค์ประกอบของพวกเขาและจะกลายเป็นมือถือภายในสาร โดยไม่มีจํานวนเพิ่มพลังงาน สารเหล่านี้เป็นฉนวนไฟฟ้า




อิเล็กตรอนในวงการแยกสารฉนวน


วัสดุที่ตกอยู่ในประเภทของสารกึ่งตัวนำมีช่องว่างแคบ ๆระหว่างความจุและนำวงดนตรี ดังนั้นปริมาณพลังงานที่ต้องใช้เพื่อกระตุ้นให้มีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเป็นนำวงดนตรีที่มันจะกลายเป็นมือถือเป็นเจียมเนื้อเจียมตัวมาก ( รูปด้านล่าง )




อิเล็กตรอนในวงการแยกสารกึ่งตัวนำ ( ) multitudes ของกึ่งตัวนำปิดอะตอมยังผลในช่องว่างแถบ ) , ( b ) multitudes ของอะตอมโลหะปิดสำหรับการอ้างอิง .

ที่อุณหภูมิต่ำ