ಘನಗಳ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಸಿದ್ಧಾಂತ

ಘನಗಳ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಸಿದ್ಧಾಂತ#

ಘನಗಳ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಸಿದ್ಧಾಂತವು ಘನ-ಸ್ಥಿತಿ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದಲ್ಲಿ ವಸ್ತುಗಳ ವಿದ್ಯುನ್ಮಾನ ರಚನೆಯನ್ನು ವಿವರಿಸುವ ಮೂಲಭೂತ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯಾಗಿದೆ. ಇದು ಘನಗಳ ವಿದ್ಯುತ್ ಮತ್ತು ಉಷ್ಣ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು ಒಂದು ಚೌಕಟ್ಟನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ, ಅಲ್ಲದೆ ಅವುಗಳ ದೃಗ್ ಮತ್ತು ಕಾಂತೀಯ ವರ್ತನೆಯನ್ನು ವಿವರಿಸುತ್ತದೆ.

ಪ್ರಮುಖ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಗಳು

• ಶಕ್ತಿ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗಳು: ಒಂದು ಘನದಲ್ಲಿ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಅನಿಲ ಅಥವಾ ದ್ರವದಲ್ಲಿರುವಂತೆ ಸ್ವತಂತ್ರವಾಗಿ ಚಲಿಸಲು ಸ್ವತಂತ್ರವಾಗಿರುವುದಿಲ್ಲ. ಬದಲಾಗಿ, ಅವುಗಳು ಶಕ್ತಿ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗಳು ಎಂದು ಕರೆಯಲ್ಪಡುವ ಕೆಲವು ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳೊಳಗೆ ಚಲಿಸಲು ಸೀಮಿತವಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಪರಮಾಣು ಜಾಲರಿಯ ಆವರ್ತಕ ಸಂಭಾವ್ಯತೆಯೊಂದಿಗೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಯಿಂದ ಈ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗಳು ರೂಪುಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ.

• ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅಂತರ: ಶಕ್ತಿ ಅಂತರವು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಮತ್ತು ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ನಡುವಿನ ಶಕ್ತಿಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸವಾಗಿದೆ. ಲೋಹದಲ್ಲಿ, ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಮತ್ತು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅತಿಕ್ರಮಿಸುತ್ತವೆ, ಇದರಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಅವುಗಳ ನಡುವೆ ಸ್ವತಂತ್ರವಾಗಿ ಚಲಿಸಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ. ಅರೆವಾಹಕದಲ್ಲಿ, ಶಕ್ತಿ ಅಂತರವು ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಉಷ್ಣ ಶಕ್ತಿ ಅಥವಾ ಬೆಳಕಿನ ಹೀರಿಕೆಯಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ನಿಂದ ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗೆ ಉತ್ತೇಜಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿದೆ. ವಿದ್ಯುದ್ರೋಧಕದಲ್ಲಿ, ಶಕ್ತಿ ಅಂತರವು ದೊಡ್ಡದಾಗಿದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ನಿಂದ ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗೆ ಉತ್ತೇಜಿಸುವುದು ಕಷ್ಟಕರವಾಗಿದೆ.

• ಫೆರ್ಮಿ ಮಟ್ಟ: ಫೆರ್ಮಿ ಮಟ್ಟವು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಅನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿಯುವ ಸಂಭವನೀಯತೆ 50% ಇರುವ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟವಾಗಿದೆ. ಲೋಹದಲ್ಲಿ, ಫೆರ್ಮಿ ಮಟ್ಟವು ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ನೊಳಗೆ ಇರುತ್ತದೆ, ಇದು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಸ್ವತಂತ್ರವಾಗಿ ಚಲಿಸಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ. ಅರೆವಾಹಕದಲ್ಲಿ, ಫೆರ್ಮಿ ಮಟ್ಟವು ಶಕ್ತಿ ಅಂತರದ ಮಧ್ಯಭಾಗದ ಹತ್ತಿರ ಇರುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ನಲ್ಲಿ ಕೆಲವೇ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಇರುತ್ತವೆ. ವಿದ್ಯುದ್ರೋಧಕದಲ್ಲಿ, ಫೆರ್ಮಿ ಮಟ್ಟವು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ನ ಮೇಲ್ಭಾಗದ ಹತ್ತಿರ ಇರುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ನಲ್ಲಿ ಬಹುತೇಕ ಯಾವುದೇ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಇರುವುದಿಲ್ಲ.

ಘನಗಳ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಸಿದ್ಧಾಂತವು ವಸ್ತುಗಳ ವಿದ್ಯುನ್ಮಾನ ರಚನೆ ಮತ್ತು ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು ಒಂದು ಶಕ್ತಿಶಾಲಿ ಸಾಧನವಾಗಿದೆ. ಇದು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ದತ್ತಾಂಶವನ್ನು ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಲು ಮತ್ತು ಹೊಸ ವಸ್ತುಗಳ ವರ್ತನೆಯನ್ನು ಊಹಿಸಲು ಒಂದು ಚೌಕಟ್ಟನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ.

ಪರಮಾಣುವಿನೊಳಗಿನ ಶಕ್ತಿ ಬ್ಯಾಂಡ್#

ಶಕ್ತಿ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಎಂದರೆ ಪರಮಾಣು ಅಥವಾ ಅಣುವಿನಲ್ಲಿ ನಿಕಟವಾಗಿ ಇರುವ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳ ಒಂದು ವ್ಯಾಪ್ತಿ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಶಕ್ತಿ ಬ್ಯಾಂಡ್ನೊಳಗೆ ಸ್ವತಂತ್ರವಾಗಿ ಚಲಿಸಬಹುದು, ಆದರೆ ಅವು ಬ್ಯಾಂಡ್ನ ಹೊರಗಿನ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳಿಗೆ ಚಲಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ. ಪರಮಾಣು ಅಥವಾ ಅಣುವಿನ ಶಕ್ತಿ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗಳನ್ನು ಪರಮಾಣು ಅಥವಾ ಅಣುವಿನಲ್ಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಿಂದ ನಿರ್ಧರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಮತ್ತು ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್#

ಪರಮಾಣು ಅಥವಾ ಅಣುವಿನಲ್ಲಿ ಎರಡು ಪ್ರಮುಖ ಶಕ್ತಿ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗಳೆಂದರೆ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಮತ್ತು ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್. ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಎಂದರೆ ಸಂಪೂರ್ಣ ಶೂನ್ಯ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳಿಂದ ಆಕ್ರಮಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ಅತ್ಯುನ್ನತ ಶಕ್ತಿ ಬ್ಯಾಂಡ್. ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಎಂದರೆ ಸಂಪೂರ್ಣ ಶೂನ್ಯ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳಿಂದ ಆಕ್ರಮಿಸಲ್ಪಡದ ಅತ್ಯಂತ ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿ ಬ್ಯಾಂಡ್.

ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಮತ್ತು ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ನಡುವಿನ ಶಕ್ತಿ ಅಂತರವನ್ನು ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅಂತರ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅಂತರವು ಪರಮಾಣು ಅಥವಾ ಅಣುವು ವಾಹಕ, ಅರೆವಾಹಕ ಅಥವಾ ವಿದ್ಯುದ್ರೋಧಕವಾಗಿದೆಯೇ ಎಂದು ನಿರ್ಧರಿಸುತ್ತದೆ.

• ವಾಹಕಗಳು: ವಾಹಕದಲ್ಲಿ, ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅಂತರವು ಬಹಳ ಚಿಕ್ಕದಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಇದರರ್ಥ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಸುಲಭವಾಗಿ ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ನಿಂದ ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗೆ ಚಲಿಸಬಹುದು. ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ, ವಾಹಕಗಳು ವಿದ್ಯುತ್ ವಾಹಕತೆಯಲ್ಲಿ ಉತ್ತಮವಾಗಿರುತ್ತವೆ.

• ಅರೆವಾಹಕಗಳು: ಅರೆವಾಹಕದಲ್ಲಿ, ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅಂತರವು ವಾಹಕಕ್ಕಿಂತ ದೊಡ್ಡದಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಸ್ವಲ್ಪ ಶಕ್ತಿಯೊಂದಿಗೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ನಿಂದ ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗೆ ಚಲಿಸಲು ಇದು ಇನ್ನೂ ಸಾಕಷ್ಟು ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದೆ. ಇದರರ್ಥ ಅರೆವಾಹಕಗಳು ವಿದ್ಯುತ್ ವಾಹಕತೆ ಹೊಂದಬಹುದು, ಆದರೆ ಅವು ವಾಹಕಗಳಷ್ಟು ಉತ್ತಮವಾಗಿರುವುದಿಲ್ಲ.

• ವಿದ್ಯುದ್ರೋಧಕಗಳು: ವಿದ್ಯುದ್ರೋಧಕದಲ್ಲಿ, ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅಂತರವು ಬಹಳ ದೊಡ್ಡದಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಇದರರ್ಥ ಬಹಳಷ್ಟು ಶಕ್ತಿಯಿಲ್ಲದೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ನಿಂದ ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗೆ ಚಲಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ. ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ, ವಿದ್ಯುದ್ರೋಧಕಗಳು ವಿದ್ಯುತ್ ವಾಹಕತೆಯಲ್ಲಿ ಬಹಳ ಕಳಪೆಯಾಗಿರುತ್ತವೆ.

ಶಕ್ತಿ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗಳ ಅನ್ವಯಗಳು#

ಪರಮಾಣುಗಳು ಮತ್ತು ಅಣುಗಳ ಶಕ್ತಿ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗಳು ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರ ಮತ್ತು ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರದ ಅನೇಕ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಮುಖ್ಯವಾಗಿವೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಅರೆವಾಹಕಗಳ ಶಕ್ತಿ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗಳನ್ನು ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್ಗಳನ್ನು ತಯಾರಿಸಲು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇವು ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ಗಳ ಮೂಲಭೂತ ನಿರ್ಮಾಣ ಘಟಕಗಳಾಗಿವೆ. ಲೋಹಗಳು, ವಿದ್ಯುದ್ರೋಧಕಗಳು ಮತ್ತು ಅರೆವಾಹಕಗಳಂತಹ ವಸ್ತುಗಳ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು ಪರಮಾಣುಗಳು ಮತ್ತು ಅಣುಗಳ ಶಕ್ತಿ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗಳು ಸಹ ಮುಖ್ಯವಾಗಿವೆ.

ಎರಡು ಪರಮಾಣುಗಳಿಂದ ಮಾಡಲ್ಪಟ್ಟ ಅಣುವಿನೊಳಗಿನ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳು#

ಅಣು ಎಂದರೆ ರಾಸಾಯನಿಕ ಬಂಧಗಳಿಂದ ಒಟ್ಟಾಗಿ ಹಿಡಿದುಕೊಂಡಿರುವ ಪರಮಾಣುಗಳ ಗುಂಪು. ಅಣುವಿನ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳನ್ನು ಅಣುವಿನೊಳಗಿನ ಪರಮಾಣುಗಳ ವ್ಯವಸ್ಥೆ ಮತ್ತು ಅವುಗಳನ್ನು ಒಟ್ಟಾಗಿ ಹಿಡಿದಿಟ್ಟಿರುವ ರಾಸಾಯನಿಕ ಬಂಧಗಳ ಪ್ರಕಾರಗಳಿಂದ ನಿರ್ಧರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

• ಅಣು ಕಕ್ಷೆಗಳು: ಅಣುವಿನಲ್ಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಕಕ್ಷೆಗಳಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ, ಇವು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಅನ್ನು ಕಂಡುಹಿಡಿಯುವ ಸಂಭವನೀಯತೆ ಅತ್ಯಧಿಕವಿರುವ ಬಾಹ್ಯಾಕಾಶದ ಪ್ರದೇಶಗಳಾಗಿವೆ. ಅಣುವಿನ ಕಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಪರಮಾಣುಗಳ ಪರಮಾಣು ಕಕ್ಷೆಗಳ ಸಂಯೋಜನೆಯಿಂದ ನಿರ್ಧರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಎರಡು ಪರಮಾಣುಗಳು ಒಂದು ಅಣುವನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಒಟ್ಟಿಗೆ ಬಂದಾಗ, ಅವುಗಳ ಪರಮಾಣು ಕಕ್ಷೆಗಳು ಅತಿಕ್ರಮಿಸಿ ಸಂಯೋಜನೆ ಹೊಂದಿ ಅಣು ಕಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತವೆ. ಅಣುವಿನ ಅಣು ಕಕ್ಷೆಗಳು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಪರಮಾಣುಗಳ ಪರಮಾಣು ಕಕ್ಷೆಗಳಿಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ. ಇದಕ್ಕೆ ಕಾರಣ, ಎರಡು ಅಥವಾ ಹೆಚ್ಚು ಪರಮಾಣುಗಳ ನಡುವೆ ಹಂಚಿಕೊಳ್ಳಲ್ಪಟ್ಟಾಗ ಅಣುವಿನಲ್ಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಹೆಚ್ಚು ಸ್ಥಿರವಾಗಿರುತ್ತವೆ.

• ಬಂಧಕ ಮತ್ತು ಪ್ರತಿಬಂಧಕ ಕಕ್ಷೆಗಳು: ಅಣುವಿನ ಅಣು ಕಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ಬಂಧಕ ಕಕ್ಷೆಗಳು ಅಥವಾ ಪ್ರತಿಬಂಧಕ ಕಕ್ಷೆಗಳು ಎಂದು ವರ್ಗೀಕರಿಸಬಹುದು. ಬಂಧಕ ಕಕ್ಷೆಗಳು ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಪರಮಾಣುಗಳ ಪರಮಾಣು ಕಕ್ಷೆಗಳಿಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕಕ್ಷೆಗಳಾಗಿವೆ. ಇದಕ್ಕೆ ಕಾರಣ, ಬಂಧಕ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಎರಡು ಅಥವಾ ಹೆಚ್ಚು ಪರಮಾಣುಗಳ ನಡುವೆ ಹಂಚಿಕೊಳ್ಳಲ್ಪಟ್ಟಿರುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಆದ್ದರಿಂದ ಹೆಚ್ಚು ಸ್ಥಿರವಾಗಿರುತ್ತವೆ. ಪ್ರತಿಬಂಧಕ ಕಕ್ಷೆಗಳು ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಪರಮಾಣುಗಳ ಪರಮಾಣು ಕಕ್ಷೆಗಳಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕಕ್ಷೆಗಳಾಗಿವೆ. ಇದಕ್ಕೆ ಕಾರಣ, ಪ್ರತಿಬಂಧಕ ಕಕ್ಷೆಯಲ್ಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಎರಡು ಅಥವಾ ಹೆಚ್ಚು ಪರಮಾಣುಗಳ ನಡುವೆ ಹಂಚಿಕೊಳ್ಳಲ್ಪಡುವುದಿಲ್ಲ ಮತ್ತು ಆದ್ದರಿಂದ ಕಡಿಮೆ ಸ್ಥಿರವಾಗಿರುತ್ತವೆ.

• ಆಫ್ಬೌ ತತ್ವ: ಆಫ್ಬೌ ತತ್ವವು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಮೊದಲು ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿಯ ಕಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ತುಂಬುತ್ತವೆ ಎಂದು ಹೇಳುತ್ತದೆ. ಇದರರ್ಥ ಅಣುವಿನಲ್ಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಪ್ರತಿಬಂಧಕ ಕಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ತುಂಬುವ ಮೊದಲು ಬಂಧಕ ಕಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ತುಂಬುತ್ತವೆ.

• ಪೌಲಿಯ ಬಹಿಷ್ಕರಣ ತತ್ವ: ಪೌಲಿಯ ಬಹಿಷ್ಕರಣ ತತ್ವವು ಯಾವುದೇ ಎರಡು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಒಂದೇ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ಆಕ್ರಮಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ ಎಂದು ಹೇಳುತ್ತದೆ. ಇದರರ್ಥ ಪ್ರತಿ ಅಣು ಕಕ್ಷೆಯನ್ನು ಕೇವಲ ಎರಡು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಮಾತ್ರ ಆಕ್ರಮಿಸಬಹುದು, ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಸ್ಪಿನ್ನೊಂದಿಗೆ ಒಂದು.

• ಹುಂಡ್ನ ನಿಯಮ: ಹುಂಡ್ನ ನಿಯಮವು ಅಣುವಿನಲ್ಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಗುಂಪಿಗೆ ಅತ್ಯಂತ ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿಯ ಸಂರಚನೆಯು ಅನೈಕ್ಯ ಸ್ಪಿನ್ಗಳ ಗರಿಷ್ಠ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವುದು ಎಂದು ಹೇಳುತ್ತದೆ. ಇದಕ್ಕೆ ಕಾರಣ, ಒಂದೇ ಸ್ಪಿನ್ ಹೊಂದಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಪರಸ್ಪರ ವಿಕರ್ಷಿಸುತ್ತವೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಸಾಧ್ಯವಾದಷ್ಟು ಹರಡಿಕೊಂಡಿರುವ ಸಂರಚನೆಯು ಅತ್ಯಂತ ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿಯ ಸಂರಚನೆಯಾಗಿರುತ್ತದೆ.

ಅಣುವಿನ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳನ್ನು ಅಣುವಿನೊಳಗಿನ ಪರಮಾಣುಗಳ ವ್ಯವಸ್ಥೆ ಮತ್ತು ಅವುಗಳನ್ನು ಒಟ್ಟಾಗಿ ಹಿಡಿದಿಟ್ಟಿರುವ ರಾಸಾಯನಿಕ ಬಂಧಗಳ ಪ್ರಕಾರಗಳಿಂದ ನಿರ್ಧರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಅಣುವಿನ ಅಣು ಕಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಪರಮಾಣುಗಳ ಪರಮಾಣು ಕಕ್ಷೆಗಳ ಸಂಯೋಜನೆಯಿಂದ ರೂಪಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಅಣುವಿನಲ್ಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಆಫ್ಬೌ ತತ್ವದ ಪ್ರಕಾರ ಮೊದಲು ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿಯ ಕಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ತುಂಬುತ್ತವೆ. ಪೌಲಿಯ ಬಹಿಷ್ಕರಣ ತತ್ವವು ಯಾವುದೇ ಎರಡು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಒಂದೇ ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ಆಕ್ರಮಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ ಎಂದು ಹೇಳುತ್ತದೆ. ಹುಂಡ್ನ ನಿಯಮವು ಅಣುವಿನಲ್ಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಗುಂಪಿಗೆ ಅತ್ಯಂತ ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿಯ ಸಂರಚನೆಯು ಅನೈಕ್ಯ ಸ್ಪಿನ್ಗಳ ಗರಿಷ್ಠ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವುದು ಎಂದು ಹೇಳುತ್ತದೆ.

ಮೂರು ಪರಮಾಣುಗಳಿಂದ ಮಾಡಲ್ಪಟ್ಟ ಅಣುವಿನೊಳಗಿನ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳು#

ಮೂರು ಪರಮಾಣುಗಳಿಂದ ಮಾಡಲ್ಪಟ್ಟ ಅಣುವು ದ್ವಿಪರಮಾಣುಕ ಅಣುಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಹೆಚ್ಚು ಸಂಕೀರ್ಣವಾದ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟದ ರಚನೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಮೂರು ಪರಮಾಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಯು ಹೆಚ್ಚುವರಿ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳು ಮತ್ತು ಉಪಮಟ್ಟಗಳನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುತ್ತದೆ. ಮೂರು-ಪರಮಾಣುಕ ಅಣುವಿನೊಳಗಿನ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳ ಸಂಕ್ಷಿಪ್ತ ವಿವರಣೆ ಇಲ್ಲಿದೆ:

• ಅಣು ಕಕ್ಷೆಗಳು: ಮೂರು-ಪರಮಾಣುಕ ಅಣುವಿನಲ್ಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಅಣು ಕಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ಆಕ್ರಮಿಸುತ್ತವೆ, ಇವು ಪರಮಾಣು ಕಕ್ಷೆಗಳ ಸಂಯೋಜನೆಯಿಂದ ರೂಪುಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ. ಅಣು ಕಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ಅವುಗಳ ಸಮ್ಮಿತಿ ಮತ್ತು ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ವರ್ಗೀಕರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಅತ್ಯಂತ ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿಯ ಅಣು ಕಕ್ಷೆಯು ಬಂಧಕ ಕಕ್ಷೆಯಾಗಿದೆ, ಇದು ಪರಮಾಣು ಕಕ್ಷೆಗಳ ರಚನಾತ್ಮಕ ಹಸ್ತಕ್ಷೇಪದಿಂದ ರೂಪುಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಮುಂದಿನ ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಅಣು ಕಕ್ಷೆಯು ಪ್ರತಿಬಂಧಕ ಕಕ್ಷೆಯಾಗಿದೆ, ಇದು ಪರಮಾಣು ಕಕ್ಷೆಗಳ ವಿನಾಶಕ ಹಸ್ತಕ್ಷೇಪದಿಂದ ರೂಪುಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ.

• ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳು: ಮೂರು-ಪರಮಾಣುಕ ಅಣುವಿನ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳನ್ನು ಪರಮಾಣು ಕಕ್ಷೆಗಳ ನಡುವಿನ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಗಳು ಮತ್ತು ಅಣುವಿನಲ್ಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಸಂಖ್ಯೆಯಿಂದ ನಿರ್ಧರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಅಣು ಕಕ್ಷೆಗಳ ಸಾಪೇಕ್ಷ ಶಕ್ತಿಗಳನ್ನು ತೋರಿಸುವ ಅಣು ಕಕ್ಷೆ ರೇಖಾಚಿತ್ರದಿಂದ ಪ್ರತಿನಿಧಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಮೂರು-ಪರಮಾಣುಕ ಅಣುವಿನ ಅಣು ಕಕ್ಷೆ ರೇಖಾಚಿತ್ರವು ದ್ವಿಪರಮಾಣುಕ ಅಣುವಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಹೆಚ್ಚು ಸಂಕೀರ್ಣವಾಗಿದೆ, ಏಕೆಂದರೆ ಇದು ಮೂರು ಪರಮಾಣು ಕಕ್ಷೆಗಳ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ.

• ಉಪಮಟ್ಟಗಳು: ಪ್ರತಿ ಅಣು ಕಕ್ಷೆಯನ್ನು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಸ್ಪಿನ್ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಮತ್ತಷ್ಟು ಉಪಮಟ್ಟಗಳಾಗಿ ವಿಂಗಡಿಸಬಹುದು. ಎರಡು ಉಪಮಟ್ಟಗಳನ್ನು $\alpha$ ಮತ್ತು $\beta$ ಎಂದು ಗೊತ್ತುಪಡಿಸಲಾಗಿದೆ. $\alpha$ ಉಪಮಟ್ಟವು ಸ್ಪಿನ್ ಅಪ್ ಹೊಂದಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳಿಗೆ ಅನುರೂಪವಾಗಿದೆ, ಆದರೆ $\beta$ ಉಪಮಟ್ಟವು ಸ್ಪಿನ್ ಡೌನ್ ಹೊಂದಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳಿಗೆ ಅನುರೂಪವಾಗಿದೆ.

• ಹುಂಡ್ನ ನಿಯಮ: ಹುಂಡ್ನ ನಿಯಮವು ಅಣುವಿಗೆ ಅತ್ಯಂತ ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿಯ ಸಂರಚನೆಯು ಒಂದೇ ಸ್ಪಿನ್ ಹೊಂದಿರುವ ಅನೈಕ್ಯ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಗರಿಷ್ಠ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವುದು ಎಂದು ಹೇಳುತ್ತದೆ. ಇದರರ್ಥ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಜೋಡಿಯಾಗುವ ಮೊದಲು ಅವುಗಳ ಸ್ಪಿನ್ಗಳನ್ನು ಒಂದೇ ಸಾಲಿನಲ್ಲಿ ಇರಿಸಿಕೊಂಡು ಅವನತಿ ಕಕ್ಷೆಗಳನ್ನು (ಒಂದೇ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಕಕ್ಷೆಗಳು) ಆಕ್ರಮಿಸುತ್ತವೆ.

ಉದಾಹರಣೆಗಳು

ಮೂರು-ಪರಮಾಣುಕ ಅಣುವಿನೊಳಗಿನ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳ ಕೆಲವು ಉದಾಹರಣೆಗಳು ಇಲ್ಲಿವೆ:

• ನೀರಿನ ಅಣು (H2O): ನೀರಿನ ಅಣುವು ಮೂರು ಪರಮಾಣು ಕಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ: ಪ್ರತಿ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಪರಮಾಣುವಿನಿಂದ 1s ಮತ್ತು ಆಮ್ಲಜನಕ ಪರಮಾಣುವಿನಿಂದ 2p. ಈ ಪರಮಾಣು ಕಕ್ಷೆಗಳ ಸಂಯೋಜನೆಯಿಂದ ರೂಪುಗೊಂಡ ಅಣು ಕಕ್ಷೆಗಳು:

  • ಬಂಧಕ ಕಕ್ಷೆಗಳು: $\sigma_{1s}$, $\sigma_{2p_z}$
  • ಪ್ರತಿಬಂಧಕ ಕಕ್ಷೆಗಳು: $\sigma_{1s}^$, $\sigma_{2p_z}^$

• ಕಾರ್ಬನ್ ಡೈಆಕ್ಸೈಡ್ ಅಣು (CO2): ಕಾರ್ಬನ್ ಡೈಆಕ್ಸೈಡ್ ಅಣುವು ನಾಲ್ಕು ಪರಮಾಣು ಕಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ: ಕಾರ್ಬನ್ ಪರಮಾಣುವಿನಿಂದ 2s ಮತ್ತು 2p ಮತ್ತು ಆಮ್ಲಜನಕ ಪರಮಾಣುಗಳಿಂದ ಎರಡು 2p ಕಕ್ಷೆಗಳು. ಈ ಪರಮಾಣು ಕಕ್ಷೆಗಳ ಸಂಯೋಜನೆಯಿಂದ ರೂಪುಗೊಂಡ ಅಣು ಕಕ್ಷೆಗಳು:

  • ಬಂಧಕ ಕಕ್ಷೆಗಳು: $\sigma_{2s}$, $\sigma_{2p_z}$, $\pi_{2p_x}$, $\pi_{2p_y}$
  • ಪ್ರತಿಬಂಧಕ ಕಕ್ಷೆಗಳು: $\sigma_{2s}^$, $\sigma_{2p_z}^$, $\pi_{2p_x}^$, $\pi_{2p_y}^$

ಮೂರು ಪರಮಾಣುಗಳಿಂದ ಮಾಡಲ್ಪಟ್ಟ ಅಣುವಿನೊಳಗಿನ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳು ಮೂರು ಪರಮಾಣು ಕಕ್ಷೆಗಳ ನಡುವಿನ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಗಳ ಕಾರಣದಿಂದಾಗಿ ದ್ವಿಪರಮಾಣುಕ ಅಣುಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಹೆಚ್ಚು ಸಂಕೀರ್ಣವಾಗಿವೆ. ಅಣು ಕಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ಅವುಗಳ ಸಮ್ಮಿತಿ ಮತ್ತು ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ವರ್ಗೀಕರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಮತ್ತು ಪ್ರತಿ ಅಣು ಕಕ್ಷೆಯನ್ನು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಸ್ಪಿನ್ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಮತ್ತಷ್ಟು ಉಪಮಟ್ಟಗಳಾಗಿ ವಿಂಗಡಿಸಬಹುದು. ಹುಂಡ್ನ ನಿಯಮವು ಅಣುವಿಗೆ ಅತ್ಯಂತ ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿಯ ಸಂರಚನೆಯನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಒಂದೇ ಸ್ಪಿನ್ ಹೊಂದಿರುವ ಅನೈಕ್ಯ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಗರಿಷ್ಠ ಸಂಖ್ಯೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ.

ಅವೊಗಾಡ್ರೊ ಸಂಖ್ಯೆಯ ಪರಮಾಣುಗಳಿಂದ ಮಾಡಲ್ಪಟ್ಟ ಘನ ಅಣುವಿನೊಳಗಿನ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳು#

ಅವೊಗಾಡ್ರೊ ಸಂಖ್ಯೆಯ ಪರಮಾಣುಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಘನ ಅಣುವು ಅದರ ಘಟಕ ಪರಮಾಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಗಳ ಕಾರಣದಿಂದಾಗಿ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳ ಅನನ್ಯ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವುದು ಘನಗಳ ಭೌತಿಕ ಮತ್ತು ರಾಸಾಯನಿಕ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಗ್ರಹಿಸಲು ನಿರ್ಣಾಯಕವಾಗಿದೆ.

• ಬ್ಯಾಂಡ್ ರಚನೆ: ಘನದಲ್ಲಿ, ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಪರಮಾಣುಗಳ ಶಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳು ಅನುಮತಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ಶಕ್ತಿ ಸ್ಥಿತಿಗಳ ನಿರಂತರ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗಳನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ವಿಲೀನಗೊಳ್ಳುತ್ತವೆ. ಈ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗಳನ್ನು ನಿಷೇಧಿತ ಶಕ್ತಿ ಅಂತರಗಳಿಂದ ಬೇರ್ಪಡಿಸಲಾಗಿದೆ. ಈ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗಳ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ವಸ್ತುವಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಮತ್ತು ಉಷ್ಣ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸುವಲ್ಲಿ ಪ್ರಮುಖ ಪಾತ್ರ ವಹಿಸುತ್ತದೆ.

• ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಮತ್ತು ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್: ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಎಂದರೆ ಸಂಪೂರ್ಣ ಶೂನ್ಯ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳಿಂದ ಆಕ್ರಮಿಸಲ್ಪಟ್ಟ ಅತ್ಯುನ್ನತ ಶಕ್ತಿ ಬ್ಯಾಂಡ್. ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಎಂದರೆ ಸಂಪೂರ್ಣ ಶೂನ್ಯ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಆಕ್ರಮಿಸಲ್ಪಡದ ಅತ್ಯಂತ ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿ ಬ್ಯಾಂಡ್. ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಮತ್ತು ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ನಡುವಿನ ಶಕ್ತಿ ಅಂತರವು ವಸ್ತುವು ವಿದ್ಯುದ್ರೋಧಕ, ಅರೆವಾಹಕ ಅಥವಾ ವಾಹಕವಾಗಿದೆಯೇ ಎಂದು ನಿರ್ಧರಿಸುವಲ್ಲಿ ನಿರ್ಣಾಯಕವಾಗಿದೆ.

• ವಿದ್ಯುದ್ರೋಧಕಗಳು: ವಿದ್ಯುದ್ರೋಧಕಗಳಲ್ಲಿ, ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಮತ್ತು ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ನಡುವಿನ ಶಕ್ತಿ ಅಂತರವು ದೊಡ್ಡದಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಇದರರ್ಥ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ನಿಂದ ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ಗೆ ನೆಗೆಯಲು ಗಮನಾರ್ಹ ಪ್ರಮಾಣದ ಶಕ್ತಿಯ ಅಗತ್ಯವಿರುತ್ತದೆ. ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ, ವಿದ್ಯುದ್ರೋಧಕಗಳು ಕೋಣೆಯ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ವಾಹಕತೆ ಹೊಂದಿರುವುದಿಲ್ಲ.

• ಅರೆವಾಹಕಗಳು: ಅರೆವಾಹಕಗಳಲ್ಲಿ, ವೇಲೆನ್ಸ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಮತ್ತು ಕಂಡಕ್ಷನ್ ಬ್ಯಾಂಡ್ ನಡುವಿನ ಶಕ್ತಿ ಅಂತರವು ವಿದ್ಯುದ್ರೋಧಕಗಳಿಗಿಂತ ಚಿಕ್ಕದಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಇದರರ್ಥ ಉಷ್ಣ ಅಥವಾ ಬೆಳಕಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಅನ್ವಯದೊಂದಿಗೆ