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原子の組み合わせ
重量があるものはすべて問題です。 原子の理論によると、すべての物質は、それが固体、液体、気体のいずれであっても、原子で構成されています。 原子には、中性子と陽子を保持する核と呼ばれる中心部が含まれています。 通常、陽子は正に帯電した粒子であり、中性子は中性に帯電した粒子です。 負に帯電した粒子である電子は、太陽の周りの惑星の配列に似た方法で核の周りの軌道に配置されます。 次の図は、原子の構成を示しています。
さまざまな元素の原子は、さまざまな数の陽子、中性子、電子を持っていることがわかります。 ある原子を別の原子と区別したり、さまざまな原子を分類したりするために、特定の原子の核内の陽子の数を示す番号が、識別された各要素の原子に割り当てられます。 この番号は、要素の「原子番号」として知られています。 半導体の研究に関連するいくつかの元素の原子番号を次の表に示します。
| Element | Symbol | Atomic Number |
|---|---|---|
| Silicon | Si | 14 |
| Germanium | Ge | 32 |
| Arsenic | As | 33 |
| Antimony | Sb | 51 |
| Indium | In | 49 |
| Gallium | Ga | 31 |
| Boron | B | 5 |
通常、原子は、正味の電荷をゼロに維持するために、同数の陽子と惑星電子を持っています。 原子は頻繁に結合して、利用可能な価電子を通じて安定化された分子または化合物を形成します。
自由原子価電子を結合するプロセスは、一般に*結合*と呼ばれます。 以下は、原子の組み合わせで行われるさまざまな種類の結合です。
- イオン結合
- 共有結合
- メタリックボンディング
これらの原子結合について詳しく説明しましょう。
イオン結合
原子が結合して分子を形成するとき、各原子は安定性を求めています。 価電子帯に8個の電子が含まれる場合、*安定化状態*と呼ばれます。 ある原子の価電子が別の原子の価電子と結合して安定するとき、それは*イオン結合*と呼ばれます。
- 原子の外殻に4つ以上の価電子がある場合、追加の電子を探しています。 そのようなアトムは、多くの場合 acceptor と呼ばれます。
- 原子が外殻に4つ未満の価電子を保持している場合、原子はこれらの電子から移動しようとします。 これらの原子は「ドナー」として知られています。
イオン結合では、ドナー原子とアクセプター原子が頻繁に結合し、結合が安定します。 一般的な塩は、イオン結合の一般的な例です。
次の図は、独立した原子とイオン結合の例を示しています。
上の図では、ナトリウム（Na）原子がその1価電子を7価電子を持つ塩化物（Cl）原子に与えていることがわかります。 塩化物原子は、余分な電子を取得するとすぐに負にオーバーバランスし、これにより原子が負イオンになります。 一方、ナトリウム原子はその価電子を失い、ナトリウム原子は陽イオンになります。 私たちが知っているように、電荷が引き寄せるのとは異なり、ナトリウムと塩化物の原子は静電気力によって結合されます。
共有結合
隣接する原子の価電子が他の原子と共有されると、共有結合が起こります。 共有結合では、イオンは形成されません。 これは、共有結合とイオン結合のユニークな相違点です。
原子の外殻に4つの価電子が含まれている場合、1つの電子を4つの隣接する原子と共有できます。 共有力は、2つのリンク電子間に確立されます。 これらの電子は、原子間の軌道を交互にシフトします。 この共有結合力は、個々の原子を結合します。 共有結合の図を次の図に示します。
この配置では、各原子の原子核と原子価電子のみが表示されています。 個々の原子が結合しているため、電子対が作成されます。 この場合、結合動作を完了するには5つの原子が必要です。 結合プロセスはあらゆる方向に広がります。 各原子は格子ネットワークで互いにリンクされ、この格子ネットワークによって結晶構造が形成されます。
メタリックボンディング
3番目のタイプの結合は一般に、良好な電気導体で発生し、金属結合と呼ばれます。 金属結合では、陽イオンと電子の間に静電力が存在します。 たとえば、銅の価電子帯の外殻には1つの電子があります。 この電子は、異なる原子間で材料の周りを移動する傾向があります。
この電子が1つの原子を離れると、すぐに別の原子の軌道に入ります。 プロセスはノンストップで繰り返されます。 電子が原子を離れると、原子は陽イオンになります。 これは*ランダムプロセス*です。 これは、1つの電子が常に原子とリンクしていることを意味します。 電子が特定の1つの軌道に関連付けられているという意味ではありません。 常に異なる軌道をローミングしています。 結果として、すべての原子はすべての価電子を共有する可能性があります。
電子は、陽イオンを覆う雲の中を動き回ります。 このホバリング雲は、電子をランダムにイオンに結合します。 次の図は、銅の金属結合の例を示しています。
