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bandes (conduction,valence,interdite)



  1. #1
    hterrolle

    bandes (conduction,valence,interdite)


    ------

    Bonjour,

    je viens de lire quelleque article sur la notion de bande d'energie.

    toutefois il y a quelques chose qui me trouble.

    1) pour les metaux la bande de valence (BV) correspond a la bande de conduction(BC) => BV=BC
    2) la bande interdite se trouve entre le haut de la bande de valence et le bas de la bande de conduction

    donc pour les metaux il n'y a pas de bande interdite, elle n'existe que dans les cristaux c'est bien ca ?

    -----

  2. #2
    labostyle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    Citation Envoyé par hterrolle Voir le message
    elle n'existe que dans les cristaux c'est bien ca ?
    qu'entend tu par cristaux

  3. #3
    hterrolle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    salut labostyle,

    tu m'as devencé c'etait le sujet de ma prochaine question

    Pour se que j'en ais compris un cristal impose une organisation, structure reguliere des atomes ?

  4. #4
    labostyle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    Salut hterrolle,

    voici la définition d'un cristal :

    Citation Envoyé par Wikipédia
    Un cristal est un solide polyédrique, plus ou moins brillant, à structure régulière et périodique, formée d'un empilement ordonné d'un grand nombre d'atomes, de molécules ou d'ions.

    « Ordonné » signifie qu'un même motif est répété à l'identique selon un réseau régulier. La plus petite partie du réseau permettant de recomposer l'empilement est appelée une maille.

    « Grand nombre » résulte des grandes dimensions du cristal (quelques micromètres à plusieurs millimètres) en comparaison avec la taille d'une maille : typiquement quelques dixièmes de nanomètres.

    Les cristaux les plus communs sont les sels, le sucre, les silicates, les oxydes, les sulfures, les métaux, les pierres précieuses (gemmes), la neige. Certains objets sont composés d'un seul cristal (par exemple les pierres précieuses), on parle alors de « monocristal ». Mais la plupart des objets sont composés de plusieurs cristaux accolés (ou cristallites), on parle de « polycristaux ».

    Les solides caractérisés par l'irrégularité de l'arrangement de leurs atomes sont qualifiés d'amorphes.

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    labostyle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)


    donc pour les metaux il n'y a pas de bande interdite, elle n'existe que dans les cristaux c'est bien ca ?
    Un exemple de bon conducteur est le soduim, il ne présent pas de bande interdite. En revanche il existe des métaux qui présente des bandes interdites. Tu as des semi-conducteur tel que le InGaAs qui présente des bandes interdites. Tu as aussi des métaux qui sont des isolants, et comme tu le sais les isolants présentes eux aussi des gap.

  7. #6
    hterrolle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    Merci labostyle,

    par contre j'ai un peux de mal a comprendre la notion de gap. Est ce relié a la notion de bande interdite ?

    un peut de precision serait le bien venu.

  8. #7
    labostyle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    gap=bande interdite en anglais

  9. #8
    hterrolle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    Maerci,

    donc si j'ai bien compris lorsque les atome se lient a d'autre atome la structure electronique varie. Certain electron sont utilisé pour les liaisons entre les atomes. C'est electron appartiennent a la bande de valence. Tandis que les electron de conduction appartiennent a la bande de conduction. Dans certain assemblege d'atomes, une bande intermediaire entre c'est deux bandes existe. Cette bande est la bande interdite ou gap (en anglais).

    Il y a quand même un truc qui me perturbe. Si dans un metal (BV)=(BC). Cela veux dire que les liaison entre atome sont fait avec les electrons libres. Donc comment concilié qu'il soit a la fois libre est utilisé pour les liaisons. Le seul moyen et de considerer que les liaison dans un métal n'utilise pas tous les atomes disponibles pour que celui ci soit conducteur.

  10. #9
    hterrolle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    suite :

    et par consequence dans un isolant tous les electron de valence devraient être utilisé dans les liaison entre atome. puisqu'il n'y a pas de conduction il n'y a donc pas d'electron sur les couche de conduction.

    Se qui me surprends c'est que dans certain cas une augmentation de temperature va permettre a certain electron de se rretruvé dans la couche de conduction (semi conducteur) et que dans d'autre cas c'est l'inverse qui se passe a savoir qu'une diminution de temperature va permettre a certain electron de passer dans une couche de conduction (supraconducteur).

    Il me semble donc que se paradoxe, effet de la temperature sur un composé, Puisse être expliqué plus simplement.

    Lorsque la temperature baisse les electron sont censé prendre de l'energie alors que lorsqu'elle augmente leur energies augmente. Comment concilié les deux a la fois.

    Idée de reponse :

    dans le cas du refroidissement (supraconductivité): certains electron perde de l'energie est le mouvement ( phonon) des atome diminue. Il s'ensui que le materiaux dans certain cas voit sont volume diminué donc diminution de l'agitaion des atomes. il y a donc 2 possiblitées :
    1) diminution des distance de liaison entre atome (la bande de valence se rapproche du noyau. donc possiblité que certain electron devienne libre si ont applique une difference de potantiel electrique.
    2) On sait que la baisse de T° augmente la dureté et la fragilité alors que sa hausse augmente la resiliance et diminue la dureté. cette fragilité peux facilement être expliqué par une reduction des liaison entre atome. Se qui implique donc que certain electron vont devenir libre.

    dans le cas de l'augmentation de temperature : certains electron vont acquerir un surplus d'energie est vont passer sur la bande de conduction. Cela implique aussi dans cas 2 possibilitées:
    1) des electrons des bandes inferieur a la bande de valence doivent monté sur vers celle ci (pas demmision EM)
    2) certaines liaisons doivent se detruire (dans le cas d'un isolant) afin de liberer un electron qui deviens de coup libre de monter sur la bande de conduction.

    Ais je dis de grosses betises ?

  11. #10
    labostyle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    donc si j'ai bien compris lorsque les atome se lient a d'autre atome la structure electronique varie. Certain electron sont utilisé pour les liaisons entre les atomes. C'est electron appartiennent a la bande de valence. Tandis que les electron de conduction appartiennent a la bande de conduction. Dans certain assemblege d'atomes, une bande intermediaire entre c'est deux bandes existe. Cette bande est la bande interdite ou gap (en anglais).
    Le fait qu'une liaison se forme, cela induit une modification de la strucure élecronique de ton atome ou bien de ta molécule. Juste par analogie avec l'atomistique, lorsque tu construit un diagramme d'énergie d'une molécule par exemple une diatomique c'est plus simple, tu crées des nouveaux niveaux d'énergie. Les électrons qui permet de former une laison se trouve bien dans la bande de valence, en revanche les électrons qui se trouve dans la bande de conduction, eux permettent par exemple de conduire l'électricité (voir phénomène de supraconductivité). En revanche certains métaux présentent des gap dit aussi bande interdite, plus le gap est grand et plus tu as un mauvais conducteur. Pour les tres bon conducteur tel que le soduim, on a BV=BC

  12. #11
    labostyle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)


    et par consequence dans un isolant tous les electron de valence devraient être utilisé dans les liaison entre atome. puisqu'il n'y a pas de conduction il n'y a donc pas d'electron sur les couche de conduction.
    tu pourrais être plus clair !

  13. #12
    labostyle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)


    Se qui me surprends c'est que dans certain cas une augmentation de temperature va permettre a certain electron de se rretruvé dans la couche de conduction (semi conducteur) et que dans d'autre cas c'est l'inverse qui se passe a savoir qu'une diminution de temperature va permettre a certain electron de passer dans une couche de conduction (supraconducteur).
    Relie ta phrase, tu t'embrouilles.
    PS: tu peux avoir de la supraconductivité à haute et base température

  14. #13
    labostyle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    dans le cas du refroidissement (supraconductivité): certains electron perde de l'energie est le mouvement ( phonon) des atome diminue. Il s'ensui que le materiaux dans certain cas voit sont volume diminué donc diminution de l'agitaion des atomes.
    En réduisant la température d'un atome, tu réduit sa vitesse et par conséquent son énergie cinétique. Dans les solides, en réduisant la température, tu "prives" ton atome ("phonon") à des mouvements de rotations, et de translations, il vibre uniquement, en quelque sorte autour d'un point "de référence" (abus avec l'emploi de ce terme, c'est imagé)

  15. #14
    labostyle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    la bande de valence se rapproche du noyau.
    ca ne veut rien dire

  16. #15
    labostyle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    On sait que la baisse de T° augmente la dureté et la fragilité alors que sa hausse augmente la resiliance et diminue la dureté.
    la rigidité de quoi ? (atome, électron, lune...)

  17. #16
    labostyle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    cette fragilité peux facilement être expliqué par une reduction des liaison entre atome.
    comment peut on faire pour réduire le nombre de liason atomique ? (c'est une question)

    1) des electrons des bandes inferieur a la bande de valence doivent monté sur vers celle ci (pas demmision EM)
    2) certaines liaisons doivent se detruire (dans le cas d'un isolant) afin de liberer un electron qui deviens de coup libre de monter sur la bande de conduction.
    ce n'est pas correcte.

  18. #17
    hterrolle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    je reposte puisque labostyle a un peut foutu trop d'espace entre les post.

    idée :

    dans le cas du refroidissement (supraconductivité): certains electron perde de l'energie est le mouvement ( phonon) des atome diminue. Il s'ensui que le materiaux dans certain cas voit sont volume diminué donc diminution de l'agitaion des atomes. il y a donc 2 possiblitées :
    1) diminution des distance de liaison entre atome (la bande de valence se rapproche du noyau. donc possiblité que certain electron devienne libre si ont applique une difference de potantiel electrique.
    2) On sait que la baisse de T° augmente la dureté et la fragilité alors que sa hausse augmente la resiliance et diminue la dureté. cette fragilité peux facilement être expliqué par une reduction des liaison entre atome. Se qui implique donc que certain electron vont devenir libre.

    dans le cas de l'augmentation de temperature : certains electron vont acquerir un surplus d'energie est vont passer sur la bande de conduction. Cela implique aussi dans cas 2 possibilitées:
    1) des electrons des bandes inferieur a la bande de valence doivent monté sur vers celle ci (pas demmision EM)
    2) certaines liaisons doivent se detruire (dans le cas d'un isolant) afin de liberer un electron qui deviens de coup libre de monter sur la bande de conduction.

    Ais je dis de grosses betises ?

  19. #18
    labostyle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    Citation Envoyé par hterrolle Voir le message
    je reposte puisque labostyle a un peut foutu trop d'espace entre les post.
    prend le temps de lire ce que j'ai écrit et tu verras que ce que j'ai écrit c'est pas pour faire de l'espace entre les post

  20. #19
    labostyle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    pour remettre une autre couche, celui qui est intéressé par ton post il prendra le temps de lire tout les messages donc c'est inutile de remettre le meme message si j'ai pris le soin de te répondre

  21. #20
    mach3
    Modérateur

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    Bon il va falloir à nouveau faire des rappels généraux.

    Tout d'abord tout solide est cristallin à l'équilibre thermodynamique (les polymères font exception car la majorité d'entre-eux ne peuvent atteindre l'équilibre et ceci pour diverses raisons qui ne seront pas abordées car s'écartant du sujet).

    Ensuite les orbitales atomiques des atomes d'un solides se recombinent en "orbitales géantes" étendues sur tout les solides. Les nouveaux niveaux d'énergie ainsi créés sont tellement nombreux et serrés, qu'on peut considérer qu'il y a une continuité de niveaux d'énergie : c'est le concept de bandes.

    Citation Envoyé par wikipédia
    * A T = 0 K, la statistique d'occupation des électrons est en marche d'escalier, les niveaux d'énergie inférieurs à celui de Fermi sont tous occupés, et aucun au-dessus.
    * A toutes les autres températures, la répartition des électrons a une symétrie par rapport au niveau de Fermi, en ce sens que la somme des probabilités d'occupation de deux niveaux d'énergies symétriques par rapport au niveau de Fermi est unité. Et la probabilité d'occupation du niveau de Fermi par les électrons est 1/2
    C'est la statistique de Fermi-Dirac qui gouverne ce comportement.

    Le niveau de Fermi séparent les bandes en deux types. Celles qui sont en dessous sont dites de valence, celles au dessus sont dites de conduction.

    Il peut exister suivant les matériaux, des bandes dites interdites, c'est à dire des intervalles de niveaux d'énergie ne correspondant à aucune des "orbitales géantes".

    Un électron n'est libre, et ne peut donc participer à la conduction, que si il est dans un niveau au-dessus de celui de Fermi.

    à 0K, les matériaux qui présentent une bande interdite (gap) entre bandes de valence et bande de conduction sont donc isolants (pas d'électron libre). Mais si on augmente la température on finira par faire traverser le gap par quelques électrons (il faut l'augmenter d'autant plus que le gap est large) et on aura plus à faire à un isolant mais à un semi-conducteur. Les électrons qui sont alors passé dans la bande du dessus sont libres et permettent la conduction (et en contre partie, il y a des trous dans la bande de valence qui permettent eux-aussi le passage du courant). La grande particularité du semi-conducteur est que sa résistance diminue avec la température, car plus la température est élevée, plus il y a d'électron qui ont passés le gap et qui sont conducteurs (et plus il y a trous, eux aussi conducteurs dans la bande de valence). Néanmoins cette élévation de conductivité est modérée par la présence de plus en plus de phonons dans le matériau (qui eux tendent à la faire chuter). Il y a compétition entre ces deux mécanismes : le premier augmente le nombre de porteurs de charges, le deuxième le nombre de phonons.

    Pour un matériau qui ne présente pas de gap entre bande de valence et de conduction, il n'y a que le deuxième mécanisme et rien ne peut augmenter le nombre de porteurs de charges. Le matériau est donc conducteur mais sa résistance ne cessera d'augmenter avec la température.

    La supraconductivité sort de ce cadre. Dans certains matériaux à très basses températures les électrons se regroupent par paires (paires de cooper) qui sont des bosons et plus des fermions. Ces paires n'obéissent plus à la statistique de Fermi-Dirac...

    m@ch3
    Never feed the troll after midnight!

  22. #21
    hterrolle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    Merci Labostyle et Mach3

    Il est clair que je me suis un peux embrouillé d'ailleurs Labostyle me l'as fait remarqué. M'enfin je n'etait pas trop loin. Bon dissons un peux dans les choux tout de même .

    Ton post Mach3 est vraiment tres interressant. Je commence a comprendre un peux mieux la notions de bande. Et je te remercie d'avoir su y integrer la notion de phonon car elle a une importtance non negigeable.

    J'espere ne pas trop vous ennuiyer avec mes questions. Il y a juste un truc qui me manque.

    Qu'elle bande correspond aux liaison atomique. Si toutefois la notion de liaison existe encore dans tout cela ?

    Merci encore a vous deux.

  23. #22
    hterrolle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    En fait je vais reformuler parce que ca n'est pas clair pour moi encore.

    Voila se que je ne comprends pas en fait. Comment concilier les liaison entre atome et les bandes. Pour moi la notion de liaison implique qu'un certain nombres d'electron soit partager entre deux atome. Le CL par example ne peux créer qu'une liaison. il reste donc 6 electron.

    est ce que les liaisons sont consierer comme appartenant a une bande.

    J'ai preferé, peut être me repeter, Mais au moins cela permet d'indiquer là ou j'ai vraiment le sentiment de bugger a fond.

  24. #23
    mach3
    Modérateur

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    Pour la liaison on va revenir à un exemple plus simple (pour ensuite généraliser).

    Prenons deux atomes identiques et rapprochons les pour qu'ils entrent en interaction. Leurs orbitales atomiques vont se combiner deux à deux pour former des orbitales moléculaires. Il y aura autant d'orbitales moléculaires qu'il y avait au départ d'orbitales atomiques.

    deux orbitales atomiques identiques (une de chaque atome) donnent deux orbitales moléculaires. L'une, dite liante, à un niveau d'énergie plus bas que les orbitales atomiques de départ, l'autre, dite antiliante, à un niveau d'énergie plus élevé. Lorsque la liaison se formera, les électrons qui sont dans les orbitales atomiques vont se retrouver sur les orbitales moléculaires.

    Dans le cas ou on a deux orbitales avec un seul électron chacune, les deux vont tomber sur l'orbitale liante et il y aura émission d'énergie (la création d'une liaison libère donc de l'énergie). Le nouvel état lié ainsi formé est plus stable que le précédent.

    Dans le cas où les deux orbitales sont pleines (deux électrons chacune), deux d'entre eux vont descendre dans l'orbitale liante et deux vont devoir monter dans l'antiliante. Cette situation n'apporte aucun avantage en terme d'énergie, il n'y aura pas de liaison. Idem si elles sont vides toutes les deux.

    La situation est un peu plus compliquée si on a un nombre impair d'électrons (une orbitale atomique vide ou pleine qui se combine avec une qui a un électron) : il y aura une orbitale moléculaire incomplète qui lachera un électron ou en volera un à la première occasion (en chimie cela s'appelle un radical).

    Il faut évidemment imaginer que chacune des orbitales (et leur nombre tend vers l'infini) des deux atomes qui se lient se combinent pour former des orbitales moléculaires (dont le nombre tendra aussi vers l'infini). On va donc avoir la création de nouveaux niveaux énergétiques. Si on peuple ces niveaux énergétiques avec les électrons qui viennent des deux atomes on peut calculer l'énergie. Si l'énergie fondamentale de la molécule ainsi formée est plus basse que l'energie avant la liaison (à l'état fondamental également), alors il y a liaison.

    On constate en examinant et en essayant de lier des atomes simples entre eux, que leurs orbitales de coeur, toutes complètes, ne participent pas au liaisons (pas de gain énergétique) : elles forment des couples d'orbitales moléculaires liantes et antiliantes pleines toutes deux. En revanche, les orbitales de valence (les plus externes non vides à l'état fondamental) qui ne sont pas pleines sont susceptibles de participer aux liaisons. Si les orbitales de valence sont également pleines, il n'y aura pas de liaison (gaz rares, si on oublie Kr et Xe qui sont un peu particuliers mais c'est une autre histoire).

    Si on considère maintenant les N atomes d'un matériau, ils sont liées entre eux tout pendant que l'énergie des électrons peuplant les bandes est inférieure à l'énergie qu'aurait ces électrons si les atomes étaient isolés. Tout pendant qu'on ne chauffe pas trop, cela reste le cas. Les électrons de la bande de valence (formée à partir des orbitales atomiques de valence) sont partagés entre tous les atomes du réseau en quelque sorte (de la même façon que les électrons sont partagés entre deux atomes dans une liaison covalente).

    m@ch3
    Never feed the troll after midnight!

  25. #24
    hterrolle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    merci beaucoup Mach3,

    Tres bien .Je pense que je vais penser a tous cela avant d'aller dormir. J'espere que tu est pres pour demain.

    En tous cas j'espere que ces discussions seront aussi utile pour d'autre.

    bonne nuit a tous

  26. #25
    hterrolle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    Bonjour,

    Bon je crois que cela commence a renter un peut. J'ai relu ton post. C'est vraiment tres sympa de ta part cette petite revision.

    Bon j'ai bien compris le mecanisme de liaison du coup. JE vais essayer de prendre un example concret avec le cuivre.

    5 orbitale possible pour la couche de valence. Dont 2 orbitale ne contenant qu'un seul electron. Donc le cuivre ne pourra se lier qu'a 2 autre atomes. Si il veut se lier a 3 atome il faudra qu'un electron d'une de ses orbitale (de valence) en perde un. Donc si en prend que 2 liaison. Le niveau energetique de ces 2 orbitales va diminuer. Donc la bande de valence (liaison) sera energiquement en dessous des 3 orbitale restante de la couche M pour les niveau 3d d'energie.

    dans cette configuration est'il possible de dire que les 3 orbitales pleine participe a la conduction ou bien est ce les electron des orbitales de liaison qui y participe (4 electron donc) ?

  27. #26
    curieuxdenature

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    Le cuivre n'a pas 5 orbitales de valence mais de coeur.
    On les résume en leur assignant la mention [Ar] pour dire que c'est complet comme l'Argon.
    Au dessus on trouve une bande compléte nommée 3d10 avec 10 électrons mais logiquement cela devrait être 9.
    Encore au dessus, on trouve la couche 4s1 qui peut en recevoir 2.

    C'est cette couche qui peut coupler avec un autre électron pour faire une orbitale moléculaire. Le cuivre a donc une valence 1.
    Et là ça se corse comme dirait le général, le cuivre est une exception, il a une sous-couche remplie qui peut retrouver sa fonction liante, t'as pas choisi le bon metal.
    L'electronique, c'est fantastique.

  28. #27
    hterrolle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    bonjour curieuxdenature,

    connait tu des sites qui pourrait m'expliquer cela, pedagogiquement.

    Merci

  29. #28
    curieuxdenature

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    il y en a des tas.
    au hasard:
    http://scgc.epfl.ch/telechargement_cours_chimie.htm

    il y a tous les fichiers .pdf des professeurs Bünzli et Vogel, ils ne sont pas protégés par mot de passe. Avec ça t'auras de quoi passer des nuits blanches.
    L'electronique, c'est fantastique.

  30. #29
    curieuxdenature

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    L'electronique, c'est fantastique.

  31. #30
    hterrolle

    Re : bandes (conduction,valence,interdite)

    merci curieux de nature.

    J'opte pour le second lien bien qu'il soit en anglais. Cela va me prendre un peut plus de temps.

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