原子组合

任何有重量的东西都是物质。根据原子理论，所有物质，无论是固体、液体还是气体，都是由原子组成的。原子包含一个称为原子核的中心部分，原子核包含中子和质子。通常，质子是带正电的粒子，中子是带中性电的粒子。电子是带负电的粒子，它们以类似于行星围绕太阳排列的方式排列在原子核周围的轨道上。下图显示了原子的组成。

发现不同元素的原子具有不同数量的质子、中子和电子。为了区分一个原子与另一个原子或对各种原子进行分类，将一个表示给定原子原子核中质子数量的数字分配给每个已识别元素的原子。这个数字被称为该元素的原子序数。下表给出了与半导体研究相关的某些元素的原子序数。

通常，原子具有相同数量的质子和行星电子，以保持其净电荷为零。原子经常通过其可用的价电子结合形成稳定的分子或化合物。

自由价电子结合的过程通常称为键合。以下是原子组合中发生的各种键合类型。

• 离子键
• 共价键
• 金属键

现在让我们详细讨论这些原子键合。

离子键

当原子结合在一起形成分子时，每个原子都在寻求稳定性。当价带包含 8 个电子时，它被称为稳定状态。当一个原子的价电子与另一个原子的价电子结合以变得稳定时，它被称为离子键。

• 如果一个原子在外层具有超过 4 个价电子，它就会寻求额外的电子。这种原子通常被称为受主。

• 如果任何原子在外层具有少于 4 个价电子，它们会试图从这些电子中移出。这些原子被称为施主。

在离子键合中，施主和受主原子经常结合在一起，并且组合变得稳定。食盐是离子键合的常见例子。

下图说明了独立原子和离子键合的示例。

在上面的图中可以看出，钠 (Na) 原子将其 1 个价电子捐赠给具有 7 个价电子的氯 (Cl) 原子。氯原子在获得额外的电子时立即变得负过载，这会导致原子成为负离子。而另一方面，钠原子失去其价电子，然后钠原子变成正离子。众所周知，异性电荷相吸，钠和氯原子通过静电力结合在一起。

共价键

当相邻原子的价电子与其他原子共享时，就会发生共价键。在共价键中，不会形成离子。这是共价键和离子键的独特差异。

当一个原子在外层具有四个价电子时，它可以与四个相邻原子共享一个电子。在两个连接电子之间建立了共价力。这些电子交替地在原子之间改变轨道。这种共价力将各个原子结合在一起。共价键的示意图如下所示。

在这种排列中，仅显示每个原子的原子核和价电子。由于各个原子结合在一起，因此形成了电子对。在这种情况下，需要五个原子才能完成键合作用。键合过程向各个方向扩展。每个原子现在都通过晶格网络连接在一起，并且通过该晶格网络形成了晶体结构。

金属键

第三种类型的键合通常发生在良好的导体中，称为金属键。在金属键合中，正离子与电子之间存在静电力。例如，铜的价带在其外层有一个电子。该电子有在不同原子之间绕材料四处移动的趋势。

当这个电子离开一个原子时，它会立即进入另一个原子的轨道。该过程是重复不断的。当电子离开原子时，原子变成正离子。这是一个随机过程。这意味着一个电子始终与一个原子相关联。这并不意味着电子与一个特定的轨道相关联。它始终在不同的轨道中漫游。因此，所有原子都可能共享所有价电子。

电子悬停在覆盖正离子的云中。这个悬停的云将电子随机地键合到离子。下图显示了铜的金属键合示例。