9.1 Rodzaje wiązań cząsteczkowych

Cząsteczki tworzone są przez dwa główne typy wiązań: wiązanie jonowe i wiązanie kowalencyjne. W wiązaniu jonowym elektron jest przenoszony z jednego atomu na drugi, a w kowalencyjnym elektron jest dzielony (uwspólniany) między atomy.
Na zmianę energii towarzyszącej wiązaniu jonowemu składają się trzy główne procesy: oderwanie elektronu z jednego atomu, przyłączenie elektronu do drugiego atomu, oddziaływanie kulombowskie powstałych jonów.
Wiązanie kowalencyjne tworzone jest przez przestrzennie symetryczną funkcję falową.
Wiązania atomów z cząsteczkami są opisywane przy pomocy kombinacji liniowych funkcji falowych (hybrydyzacja).

9.2 Widma cząsteczkowe

Cząsteczki posiadają energię oscylacyjną i rotacyjną.
Różnice energii między sąsiednimi poziomami oscylacyjnymi są większe niż między sąsiednimi poziomami rotacyjnymi.
Odległość między pikami w widmie absorpcyjnym jest zależna od odwrotności momentu bezwładności.
Przejścia między oscylacyjnymi i rotacyjnymi poziomami energetycznymi podlegają regułom wyboru.

Struktury upakowania jonów w prostych kryształach jonowych soli to zwykle FCC i BCC.
Gęstość kryształu związana jest z odwrotnością odległości równowagowej.
Energia dysocjacji jest duża, jeśli odległość równowagowa jest mała.
Gęstości i promienie równowagowe popularnych kryształów soli (FCC) są niemal takie same.

Metale przewodzą prąd elektryczny, który tworzy wielka liczba przypadkowo zderzających się i niemal swobodnych elektronów.
Dozwolone energie elektronów są skwantowane. Kwantowanie to ujawnia się w formie bardzo dużych energii elektronów, nawet w $T=\SI{0}{\kelvin}$ .
Dozwolone energie elektronów w metalach związane są z masą elektronu oraz koncentracją elektronów w metalu.
Gęstość stanów elektronowych w metalach rośnie z energią, ponieważ sposobów, na jakie elektron może zajmować stany o wyższej energii, jest więcej niż w przypadku stanów o niższej energii.
Zakaz Pauliego mówi, że tylko dwa elektrony (o spinie w górę i spinie w dół) mogą zajmować stan na danym poziomie energetycznym. Dlatego elektrony zapełniają te poziomy energetyczne (od najniższego do najwyższego) w $T=\SI{0}{\kelvin}$ , a ostatni i najwyższy obsadzony poziom energii jest nazywany energią Fermiego.

Poziomy energetyczne elektronów w krysztale można wyznaczyć, rozwiązując równanie Schrödingera dla periodycznego potencjału i przez analizę zmian elektronowej struktury energetycznej, gdy atomy zbliżają się do siebie z dużej odległości.
Strukturę energetyczną kryształu tworzą pasma, wewnątrz których energia zmienia się w sposób ciągły, oraz przerwy energetyczne między tymi pasmami.
Zdolność ciała do przewodzenia prądu zależy od jego struktury elektronowej.

Struktura energetyczna półprzewodnika może być modyfikowana poprzez zamianę części atomów w sieci innymi atomami (domieszkowanie).
Domieszkowanie typu n powoduje powstanie nowych dozwolonych poziomów energetycznych tuż poniżej pasma przewodnictwa.
Domieszkowanie typu p powoduje powstanie nowych dozwolonych poziomów energetycznych tuż powyżej pasma walencyjnego.
Efekt Halla można wykorzystać do wyznaczenia ładunku, prędkości unoszenia i koncentracji nośników w półprzewodniku.

Dioda półprzewodnikowa oparta jest na złączu n–p. Pozwala ona na przepływ prądu tylko w jednym kierunku. Przy polaryzacji w kierunku przewodzenia prąd rośnie wykładniczo z napięciem.
Tranzystor wykorzystuje układ złączy n–p–n. Tranzystor jest zaworem elektrycznym, za pomocą którego można sterować prądem w obwodzie.
Tranzystor jest kluczowym elementem składowym we wzmacniaczach dźwięku, komputerach i wielu innych urządzeniach.

Nadprzewodnictwo charakteryzuje się dwiema cechami: przewodzeniem elektronów przy zerowej oporności i wypychaniem pola magnetycznego.
Aby pojawiło się nadprzewodnictwo, potrzebna jest niska temperatura.
Silne pole magnetyczne niszczy nadprzewodnictwo.
Nadprzewodnictwo w nadprzewodnikach można wyjaśnić, używając koncepcji par Coopera.