Vrij-elektronenmodel van de fysica van metalen

Vrij-elektronenmodel van metalen, in vaste-stoffysica, representatie van een metalen vaste stof als een container gevuld met een gas dat bestaat uit vrije elektronen (dwz die verantwoordelijk zijn voor hoge elektrische en thermische geleidbaarheid). De vrije elektronen, die als identiek aan de buitenste of valentie-elektronen van vrije metaalatomen worden beschouwd, worden verondersteld onafhankelijk van elkaar door het hele kristal te bewegen.

Het vrije-elektronenmodel werd voor het eerst voorgesteld door de Nederlandse natuurkundige Hendrik A. Lorentz kort na 1900 en werd in 1928 verfijnd door Arnold Sommerfeld uit Duitsland. Sommerfeld introduceerde kwantummechanische concepten, met name het uitsluitingsprincipe van Pauli. Hoewel het model een bevredigende verklaring gaf voor bepaalde eigenschappen (bijv. Geleidbaarheid en elektronische specifieke warmte) van eenvoudige metalen zoals natrium, vertoonde het enkele ernstige tekortkomingen. Zo werd er geen rekening gehouden met de interactie van vrije elektronen met de metaalionen. Onderzoekers erkenden al snel dat er een breder systeem nodig was om het gedrag van complexe metalen en halfgeleiders te verklaren. Halverwege de jaren dertig werd het vrije-elektronenmodel grotendeels vervangen door de bandentheorie van vaste stoffen.