Thuyết miền năng lượng (hay thuyết vùng hoặc dải năng lượng) chính là thuyết MO áp dụng cho liên kết trong kim loại. Theo thuyết MO thì hai AO tổ hợp thành hai MO: một MO liên kết và một MO* phản liên kết tương ứng (hình 36).
o ---- MO
Hình 36. Sựhình thành các MO từ2 AO
Một cách hoàn to àn tương tự, sự tổ hợp của N o b ita n nguyên tử sẽ cho — MO liên k ết và — MO p h ả n liên k ế t
2 2
ứng vối các mức năng lượng ròi rạc, gián đoạn.
Đối với tin h th ể kim loại, số nguyên tử là vô cùng lớn và do đó số AO cũng vô cùng lốn. Ví ảụ, trong 1 cm3 kim loại có khoảng 1022 - 1023 nguyên tử. Sự tổ hợp các AO n ày cũng cho môt số vô cùng lớn các MO liên kết cũng như các MO* p h ả n liên kết và do đó hiệu các mức năng lượng trỏ n ê n vô cùng nhỏ chúng nằm xít vào n h a u và gần như liên tục. T ập hợp các mức năng lượng n ằm s á t n h a u được gọi là dải n ă n g lượng
(miền năng lượng) (hình 37).
^ --- : N/2 M O*
N (A O )(N vô (N vô N /2 M O cùns lớn)
Hình 37. Sựhình thành giải năng lượng của các MO trong kim loại
Sự sắp xếp các electron vào các MO vẫn phải tu â n theo các nguyên lí và quy tắc chung của phương pháp MO là: trê n mỗi MO của m iền n ăn g lượng chỉ chứa tôi đa h ai electron có spin đối song và sự p h â n bô" electron vào các MO theo th ứ tự n ăn g lượng tăn g dần từ th ấp đến cao. 0 trê n mỗi MO không định cư và giải toả trong toàn tin h th ể kim loại, các electron hoá trị tương tác vối t ấ t cả các nguyên tử kim loại trong tin h th ể và liên kết chúng lại. Đó là liên k é t kim loại theo quan điểm của th u y ết m iền n ăn g lượng.
N (A O )(N nhỏ) (N nhỏ)
Trong thuyết miền năng lượng, người ta phân biệt các miền năng lượng: miền hoá trị, miền dẫn điện và miền cấm. Miền chứa các electron tạo ra hên kết (các electron hoá trị) gọi là miền hoá trị. Miền trống ở phía ngay trên miền hoá tri goi là miền dẫn. E o Miền dẫn Miền xen phủ Ị Miền 1 cấm v X X X X X Miền hóa tri ls 0 0 ~rĩ ĩ-2 ~ (Khoảng cách r giữa các hạt)
Hình 38. Sựphân bô các miền năng luợng theo khoáng cách giữa
các nguyên tủ
Tuỳ thuộc vào cấu trúc và tín h chất đối xứng của mạng lưối tin h thể kim loại mà miền hoá trị và miền dẫn có thể xen phủ vào n h au hoặc cách xa nhau bơi một miền cấm (hình 38). Khi đó nếu khoảng cách giữa các AO tương tác gần nhau (ví dụ các A 0 -2 s và 2p) thì khoảng cách giữa hai miền năng lượng tạo th àn h tương ứng có thể xen phủ nhau. NgùỢc lại, nếu khoảng cách giữa các AO tham gia tương tác cách xa nhau sẽ làm hình thành các miền năng lượng cách xa nhau. Ổ đây ta có miền cấm giữa miền dẫn điện và miền hoá trị.
Nếu có N nguyên tử tương tác tạo th àn h tinh thế thì sô electron tối đa trê n các miền năng lượng như nhau: ở miền s
có 2N electron; ở m iền p có 6N electron; m iền d có 10N electron.
T rên h ìn h 39 mô tả sự x u ấ t hiện các m iền n ăn g lượng tro n g tin h th ể liti ( l s 2 2S1 2p). ở tin h th ể liti (N nguyên tử liti), 2N electron ls chiếm cứ t ấ t cả các MO liên k ết và phản
N
liên k ết của m iên ls; N electron 2s mới chiếm cứ — MO liên
2
k ế t của m iền 2s. Do đó m iền n ăn g lượng 2s mới chỉ n ử a bão hoà (miền hoá trị). M iền dẫn điện ỏ liti là m iền 2p. Giữa m iền hoá tr ị (2s) và m iền dẫn (2p) có m iền xen phủ.
Hình 39. Các dải năng lượng của các MO trong tinh thểliti