原子組合

任何有重量的東西都是物質。根據原子理論，所有物質，無論是固體、液體還是氣體，都是由原子組成的。原子包含一個稱為原子核的中心部分，原子核包含中子和質子。通常，質子是帶正電的粒子，中子是帶中性電的粒子。電子是帶負電的粒子，它們以類似於行星圍繞太陽排列的方式排列在原子核周圍的軌道上。下圖顯示了原子的組成。

發現不同元素的原子具有不同數量的質子、中子和電子。為了區分一個原子與另一個原子或對各種原子進行分類，將一個表示給定原子原子核中質子數量的數字分配給每個已識別元素的原子。這個數字被稱為該元素的原子序數。下表給出了與半導體研究相關的某些元素的原子序數。

通常，原子具有相同數量的質子和行星電子，以保持其淨電荷為零。原子經常透過其可用的價電子結合形成穩定的分子或化合物。

自由價電子結合的過程通常稱為鍵合。以下是原子組合中發生的各種鍵合型別。

• 離子鍵
• 共價鍵
• 金屬鍵

現在讓我們詳細討論這些原子鍵合。

離子鍵

當原子結合在一起形成分子時，每個原子都在尋求穩定性。當價帶包含 8 個電子時，它被稱為穩定狀態。當一個原子的價電子與另一個原子的價電子結合以變得穩定時，它被稱為離子鍵。

• 如果一個原子在外層具有超過 4 個價電子，它就會尋求額外的電子。這種原子通常被稱為受主。

• 如果任何原子在外層具有少於 4 個價電子，它們會試圖從這些電子中移出。這些原子被稱為施主。

在離子鍵閤中，施主和受主原子經常結合在一起，並且組合變得穩定。食鹽是離子鍵合的常見例子。

下圖說明了獨立原子和離子鍵合的示例。

在上面的圖中可以看出，鈉 (Na) 原子將其 1 個價電子捐贈給具有 7 個價電子的氯 (Cl) 原子。氯原子在獲得額外的電子時立即變得負過載，這會導致原子成為負離子。而另一方面，鈉原子失去其價電子，然後鈉原子變成正離子。眾所周知，異性電荷相吸，鈉和氯原子透過靜電力結合在一起。

共價鍵

當相鄰原子的價電子與其他原子共享時，就會發生共價鍵。在共價鍵中，不會形成離子。這是共價鍵和離子鍵的獨特差異。

當一個原子在外層具有四個價電子時，它可以與四個相鄰原子共享一個電子。在兩個連線電子之間建立了共價力。這些電子交替地在原子之間改變軌道。這種共價力將各個原子結合在一起。共價鍵的示意圖如下所示。

在這種排列中，僅顯示每個原子的原子核和價電子。由於各個原子結合在一起，因此形成了電子對。在這種情況下，需要五個原子才能完成鍵合作用。鍵合過程向各個方向擴充套件。每個原子現在都透過晶格網路連線在一起，並且透過該晶格網路形成了晶體結構。

金屬鍵

第三種類型的鍵合通常發生在良好的導體中，稱為金屬鍵。在金屬鍵閤中，正離子與電子之間存在靜電力。例如，銅的價帶在其外層有一個電子。該電子有在不同原子之間繞材料四處移動的趨勢。

當這個電子離開一個原子時，它會立即進入另一個原子的軌道。該過程是重複不斷的。當電子離開原子時，原子變成正離子。這是一個隨機過程。這意味著一個電子始終與一個原子相關聯。這並不意味著電子與一個特定的軌道相關聯。它始終在不同的軌道中漫遊。因此，所有原子都可能共享所有價電子。

電子懸停在覆蓋正離子的雲中。這個懸停的雲將電子隨機地鍵合到離子。下圖顯示了銅的金屬鍵合示例。