価電子帯・伝導帯
書いていて頭が
ごちゃごちゃになってきたよ
なんとなくわかったつもりで書き出してみても
実際ぼくの中で
理解されてないんだよね
まあ 書いているうちに
なんとか少しは追いつくかもしれないから
書き続けてみよう
ここから当たり前のように出てくる言葉に
『バンドギャップ』というのがあるんだ
このバンドって言葉は
和訳すると『帯』ってことだね
だから本来ならValence BandとConduction Bandの和訳が
価電子帯と伝導帯ってことなんだ
原子が存続（バラバラにならない）するためには
価電子ってものが重要になるのは当然
価電子っていうのは原子の一番外側にいる電子たちだからね
原子の独自性を維持するためには
外側の電子の在りようが重要になってくる
内側の軌道にいる電子は個々の原子で
それほど変わることはないはずだから
もっとも 水素なんて言う最内側の電子数が違う
なんて言うのはあるけど
なんにしても 原子を区別していくのは
取り巻く電子の殻数と一番外側の電子数
そう 価電子ってこと
だから その一番外側にある電子が
原子の最外部ってことだね
そこを価電子帯って呼ぶのはわかる
でも その外側に
電子が存在するって言うのが
もうひとつわからなかったんだ
だけど どうやらこの
価電子帯・伝導帯って考えかたは
「結晶体において」という前提があるみたい
原子単体で考えるのならば
原子核があってその周りに電子の軌道(？)が
規則正しく並ぶはずだよね
電子の軌道は飛び飛びになっていくのは
例の電子の波動性のため
そして 一つずつの軌道に入ることのできる
電子の数は決まっている
これは実験観測の結果
わかっちゃっていることなんだ
電子がその軌道を離れて
次の軌道に行くためには
外部からの力（エネルギー）が必要ってことも
今のところ正しいとされている
ただ この構造は
あくまでも原子単体でのはなし
原子単体では
価電子帯とか伝導帯なんてものは出て来ないんじゃないかな
原子の定常状態での電子の存在している軌道上のエネルギーは
（エネルギー準位）決まっている
だけど 結晶体となると話は違ってくるみたいなんだ
結晶体ってことは
無数の原子がくっつきあって一つの結晶を作っている
そうなれば当然原子が持つ電子軌道同士の
相互作用が起こっちゃう ってことらしい
そして エネルギー準位には
（粒子や粒子系がもつことのできるエネルギーの値だね）
原子が結合すればエネルギー準位は分裂する
そういう性質があるらしいんだよ
2つの原子がくっつけばエネルギー準位は2つに
3つの原子がくっつけば3つにって具合に
そう考えると結晶体は
無数の原子が結合しているわけだから
無数のエネルギー準位がある
なんて ややこしいことになっちゃうみたいだね
電子の軌道
単体の原子をイメージしてみようか
すごく単純に考えて真ん中に原子核があり
その周りを電子が太陽の周りをまわっている
惑星のように存在しているとしようよ
電子が周回する軌道はどこでもいいってわけじゃない
飛び飛びの値の軌道に決められちゃうんだね
とうぜん 飛び飛びの軌道ごとに
エネルギーが違っていくってことになる
簡単に言えば
それぞれの軌道が持つエネルギーのことを
『エネルギー準位』って言うのかもしれない
電子の周回する軌道が
なぜ飛び飛びの値になっちゃうのか？
この辺りは粒子の波動性と
各粒子の持つエネルギーの関係になるんだろうけど
素人なりに簡単に言っちゃうと
各粒子のエネルギーには
それに見合った波長があるんだと思うんだ
その波長がぐるっと一周したときに
波長の山と谷がきれいに重ならないと
連続した波長にはならないよね
だから必然的に電子のとる軌道は飛び飛びの値をとる
って思っているんだけど 間違っていたらごめんなさい
この飛び飛びの値って言うのは硬く言えば『離散的』な値
ってことに なるんだそうだ
定常状態
業界の一般論として 自然界は
（世界でも存在でも宇宙でもいいけど）
安定したがっているらしい
安定という言い方はおかしいかな
極力エネルギーが少ない状態を
とりたがっているってことらしい
原子で言うなら
前に書いたけど 『定常状態』っていうのが
一番安定（エネルギーが少ない）している姿らしいんだ
参考までに書いておくと
『定常状態』っていうのは「時間とともに変化しない状態」
ぼくみたいに専門的研究を生業としていない人間にとっては
外部から力が加わっていない状態のことかな
それくらいの感覚で
いいんじゃないかと思っているけどね
とにかく この定常状態で原子核の周りをまわっている
電子のエネルギーの値は
飛び飛びの値（離散的な値）で
決まっちゃっているってことなんだ
エネルギー
エネルギーってものは仕事をする能力って考えられている
そうなると 仕事ってなに？ って 疑問が出てくるから
もっとシンプルに
他のモノに影響を与える力ってことにしちゃおう
（よく知っている人からは異論が出るだろうけど）
他のモノに影響を与えるっていうのも
漠然としているね
熱や光だって影響を与えるだろうし 音だってそう
一番納得のできそうなのが
直接物を動かしたりする力じゃないかな
実務の世界ではエネルギーっていうのは
7種類に分類されているらしい
運動エネルギー
位置エネルギー
電気エネルギー
熱エネルギー
光エネルギー
化学エネルギー
核エネルギー って具合に
古典力学の世界じゃエネルギーといえば
運動エネルギーと位置エネルギーって
ことになっているよね
運動エネルギーっていうのは
物の速度を変化させるのに必要なエネルギー
位置エネルギーは（ポテンシャルエネルギーとも言われる）
物が在る位置にあるってことで
蓄えられているエネルギーなんて言われるけど
要は物が存在しているだけで
持っているエネルギーってことだろうね
もしかするとエネルギーって『力』のことなのかな？
だとすると
運動エネルギーは電磁気力
ポテンシャルエネルギーは重力
って いうのはどうだろう？
まず知っている人からはダメ出しが出るんだろうけど
そう考えると初めに書いた7つのエネルギーの内
運動エネルギー・電気エネルギー
光エネルギー・化学エネルギーは
電磁気力に当てはまりそうな気がするよね
だから エネルギーと言えば
運動エネルギーとポテンシャルエネルギーを
考えればいいような気もするんだ
もっとも核エネルギーっていうのは分類が難しそうだけど
電磁気力なのか それとも『強い力』が関係しているのか
そんな問題が出てくるのかもしれない
だから いったん『核エネルギー』には目を瞑って
エネルギー＝運動・ポテンシャルエネルギー
そういうことにしてみよう
