โลหะ
สามารถนำไฟฟ้าและความร้อนได้ดี มีลักษณะเป็นเงาและมีความวาวเมื่อถูกแสง
นอกจากนี้ยังสามารถดึงเป็นเส้น ตีเป็นแผ่น หรือบิดงอได้โดยไม่แตกหัก
ซึ่งคุณสมบัติที่สำคัญเหล่านี้ก็เนื่องจากโลหะยึดกันด้วยพันธะชนิดหนึ่ง
นั่นก็คือ พันธะโลหะ 1. แบบจำลองทะเลอิเล็กตรอน ( electron sea model ) |
จากรูปแสดงลักษณะของพันธะโลหะ ทรงกลมสีเทาคือ ไอออนบวกของโลหะ ทรงกลมสีแดงที่เคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลานี้ คือ อิเล็กตรอน เรามักเรียกแบบจำลองของการเกิดพันธะโลหะนี้ว่า ทะเลอิเล็กตรอนเนื่องจากในผลึกของโลหะมีจำนวนอิเล็กตรอนมหาศาลที่ไหลไปมาได้อย่างอิสระตลอดเวลา แล้วทำไมอิเล็กตรอนในโลหะถึงเคลื่อนที่ได้ตลอดเวลา
? 2.
ทฤษฎีแถบพลังงาน (band theory) |
| เมื่อมีอะตอมมากขึ้นและจำนวนออร์บิทัลโมเลกุลมากขึ้น ระดับพลังงานจะใกล้ชิดกันมากขึ้นจนดูเหมือนว่าเป็นแถบต่อเนื่องกัน แถบดังกล่าวนี้ เรียกว่า แถบพลังงาน (energy band) ดังรูป |
| อิเล็กตรอนจะมีพลังงานค่าต่างๆได้ภายในแถบ หรือภายในแถบที่มีการซ้อนเหลื่อมกันเท่านั้น (กรณีที่ระดับพลังงานไม่ห่างกันมากแถบพลังงานสามารถซ้อนเหลื่อมกันได้) แถบพลังงานนี้เรียกว่า แถบอนุญาต (allowed band) สำหรับช่วงที่ว่างที่ไม่มีแถบพลังงานเรียกว่า ช่องต้องห้าม (forbidden gap) ดังรูป |
| ตัวนำไฟฟ้า กึ่งตัวนำ และฉนวน |
| เมื่อพิจารณากรณีของ
สารตัวนำไฟฟ้า จะเห็นว่าแถบเวเลนซ์มีลักษณะเป็นแถบที่เต็มบางส่วนซึ่งก็คือ
ในออร์บิทัลมีทั้งส่วนที่ว่างและส่วนที่มีอิเล็กตรอนบรรจุอยู่ ซึ่งลักษณะเช่นนี้
เมื่ออิเล็กตรอนได้รับพลังงานจากสนามไฟฟ้า ก็จะสามารถเคลื่อนที่ไปอยู่ในส่วนที่ว่างของออร์บิทัลได้ทำให้โลหะนำไฟฟ้าได้
อย่างไรก็ตาม นอกจากโลหะจะมีแถบเวเลนซ์ที่มีลักษณะเป็นแถบที่เต็มบางส่วนแล้ว
ยังสามารถมีแถบที่เต็มแล้วแต่สามารถเกิดการซ้อนเหลื่อม กับแถบนำไฟฟ้า(แถบที่ว่าง)
ที่มีระดับพลังงานสูงกว่าแต่ใกล้เคียงกันได้จึงทำให้โลหะนำไฟฟ้าได้
หรือแม้แต่แถบที่เต็มบางส่วน ก็สามารถซ้อนเหลื่อมกับแถบนำไฟฟ้าที่มีระดับพลังงานสูงกว่าแต่ใกล้เคียงกันได้ กรณีของ สารกึ่งตัวนำไฟฟ้า เมื่ออิเล็กตรอนได้รับพลังงานจากสนามไฟฟ้า อิเล็กตรอนในแถบเวเลนซ์ (แถบที่เต็มแล้ว) ไม่สามารถเคลื่อนที่ไปอยู่ในแถบนำไฟฟ้าได้เนื่องจากช่องต้องห้ามค่อนข้างกว้าง แต่อย่างไรก็ตาม ถ้าทำการกระตุ้นอิเล็กตรอนโดยให้พลังงานที่สูงกว่าช่วงของช่องต้องห้าม เช่น ให้ความร้อน หรือฉายแสง อิเล็กตรอนก็จะสามารถเข้ามาอยู่ในแถบนำไฟฟ้าได้ ดังนั้นจึงสามารถนำไฟฟ้าได้ โดยทั่วไปแล้วช่องต้องห้ามระหว่างแถบเวเลนซ์ และแถบนำไฟฟ้าของสารกึ่งตัวนำมักจะไม่กว้างนัก และโลหะกึ่งตัวนำมักจะเป็นตัวนำที่ดีเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น กรณีของ ฉนวน คล้ายๆกับกรณีของสารกึ่งตัวนำแต่ต่างกันตรงที่ว่า ช่วงว่างต้องห้ามมีความกว้างมากดังนั้นไม่ว่าจะให้พลังงานไฟฟ้า ความร้อน หรือ แสง แก่อิเล็กตรอน อิเล็กตรอนก็ยังสามารถเข้ามาอยู่ในแถบตัวนำไฟฟ้าได้ ดังนั้นจึงมีคุณสมบัติเป็นฉนวน |
  |