Эрл Гейтс - Введение в электронику

Рис. 1–1. Химическая комбинация двух или более элементов называется соединением. Молекула — это химическая комбинация двух или более атомов. Примерами являются вода (Н 2О) и соль (NaCl).

Соединение может быть разделено химическим, но не механическим способом.

Примерами соединений являются вода, которая состоит из кислорода и водорода, и поваренная соль, состоящая из натрия и хлора. Наименьшая частица соединения, которая еще сохраняет его свойства, называется молекулой. Молекула — это химическая комбинация двух или более атомов. Атом— это наименьшая частица элемента, сохраняющая характеристики элемента.

Комбинация элементов и соединений, не вступивших в химическую реакцию, называется смесью. Примерами смесей являются воздух, состоящий из кислорода, азота, углекислого газа и других газов, и соленая вода, которая состоит из соли и воды.

1–1. Вопросы

1. В каких состояниях бывает материя?

2. Как называется субстанция, которая не может быть разделена на более простые субстанции химическим путем?

3. Что является наименьшей частицей соединения, которая сохраняет его характеристики?

4. Что является наименьшей частицей, которая сохраняет характеристики элемента?

Атом является наименьшей частицей элемента , сохраняющей его характеристики. Атомы различных элементов отличаются друг от друга. Поскольку существует свыше 100 различных элементов, то существует и свыше 100 различных видов атомов.

Каждый атом имеет ядро. Ядрорасположено в центре атома. Оно содержит положительно заряженные частицы — протоныи незаряженные частицы — нейтроны. Отрицательно заряженные частицы — электронывращаются вокруг ядер (рис. 1–2).

Рис. 1–2. Части атома.

Количество протонов в ядре атома называется атомным номеромэлемента. Атомные номера позволяют отличить один элемент от другого.

Каждый элемент имеет атомный вес. Атомный вес— это масса атома, которая определяется общим числом протонов и нейтронов в ядре. Электроны практически не дают вклада в общую массу атома, масса электрона составляет только 1/1845 часть массы протона и ею можно пренебречь.

Электроны вращаются по концентрическим орбитам вокруг ядра. Каждая орбита называется оболочкой. Эти оболочки заполняются в следующей последовательности: сначала заполняется оболочка К, затем L, М, N и т. д. (рис. 1–3).

Рис. 1–3. Электроны расположены на оболочках вокруг ядра.

Максимальное количество электронов, которое может разместиться на каждой оболочке показано на рис. 1–4.

Рис. 1–4. Количество электронов, которое может принять каждая оболочка.

Внешняя оболочка называется валентной, и количество электронов, содержащееся в ней, называется валентностью.

Чем дальше от ядра валентная оболочка , тем меньшее притяжение со стороны ядра испытывает каждый валентный электрон. Таким образом, потенциальная возможность атома присоединять или терять электроны увеличивается, если валентная оболочка не заполнена и расположена достаточно далеко от ядра.

Электроны валентной оболочки могут получать энергию. Если эти электроны получат достаточно энергии от внешних сил, они могут покинуть атом и стать свободными электронами, произвольно перемещающимися от атома к атому.

Материалы, содержащие большое количество свободных электронов называются проводниками. На рис. 1–5 сравниваются проводимости различных металлов, используемых в качестве проводников . В таблице серебро, медь и золото имеют валентность равную единице (рис. 1–6). Однако серебро является лучшим проводником, поскольку его валентные электроны слабее связаны.

Рис. 1–5. Проводимость различных металлов, используемых в качестве проводников.

Рис. 1–6. Валентность меди равна 1.

Изоляторы, в противоположность проводникам, препятствуют протеканию электричества. Изоляторы стабильны благодаря тому, что валентные электроны одних атомов присоединяются к другим атомам, заполняя их валентные оболочки, препятствуя, таким образом, образованию свободных электронов. Материалы, классифицируемые как изоляторы, сравниваются на рис. 1–7.

Рис. 1–7. Диэлектрические свойства различных материалов, используемых в качестве изоляторов.

Слюда является наилучшим изолятором, потому что она имеет наименьшее число свободных электронов на своих валентных оболочках.

Промежуточное положение между проводниками и изоляторами занимают полупроводники. Полупроводники не являются ни хорошими проводниками, ни хорошими изоляторами, но они важны, потому что их проводимость можно изменять от проводника до изолятора.

Кремний и германий являются полупроводниковыми материалами.

Об атоме, который имеет одинаковое число электронов и протонов, говорят, что он электрически нейтрален. Атом, получающий один или более электронов, не является электрически нейтральным. Он становится отрицательно заряженным и называется отрицательнымионом. Если атом теряет один или более электронов, то он становится положительно заряженным и называется положительным ионом. Процесс присоединения или потери электронов называется ионизацией. Ионизация играет большую роль в протекании электрического тока.

1–2. Вопросы

1. Какая атомная частица имеет положительный заряд и большую массу?

2. Какая атомная частица не имеет заряда вообще?

3. Какая атомная частица имеет отрицательный заряд и маленькую массу?

4. Что определяется количеством электронов на самой внешней оболочке атома?

5. Каким термином описывается присоединение и потеря электронов атомом?