Ce este o bandă de conducere?

Folosit în mecanica cuantică, termenul bandă de conducere se referă la o zonă de orbitali combinați, sau o bandă, pentru electronii dintr-o moleculă. Spre deosebire de banda de valență, banda de conducere conține rareori electroni. În stările excitate, electronii se vor muta momentan în banda de conducție înainte de a-și elibera energia și de a cădea înapoi în orbitalii inferiori ai electronilor. Înțelegerea comportamentului electronilor în ceea ce privește această bandă este utilă pentru înțelegerea modului în care se comportă diferite substanțe. În mecanica cuantică, conceptul de bandă de conducere este abordat în teoria benzilor.

Atomii sunt aranjați cu protoni – particule încărcate pozitiv – și neutroni – particule neutre – grupați în centru. Electronii – molecule minuscule încărcate negativ – orbitează în jurul clusterului central, similar modului în care planetele din sistemul solar orbitează în jurul soarelui. La fel ca planetele, electronii au stabilit orbite. Spre deosebire de planete, totuși, electronii se pot deplasa pe o orbită diferită dacă obțin suficientă energie.

În general, electronii se găsesc în orbitalii inferiori ai unui atom. Electronii vor umple întotdeauna primul orbital cel mai jos, trecând la următorul doar când primul este umplut. Această poziție naturală se numește starea fundamentală a atomului.
Electronii de valență ai unui atom, sau cei aflați de obicei în banda cea mai exterioară a orbitalilor stării fundamentale, sunt capabili să fie împărtășiți cu alți atomi. În legăturile covalente, electronii de valență ai mai multor atomi își împart orbitalii. Orbitii originali ai electronilor de valență se estompează împreună, creând o bandă de valență în moleculă.

Când electronii câștigă energie sau ajung într-o stare excitată, ei se pot deplasa către orbiti superiori, aflați în banda de conducție. Electronii trebuie să aibă suficientă energie pentru a sări peste o zonă non-electronică, sau band gap, pentru a ajunge la banda de conducție. Deoarece electronii preferă în cele din urmă să fie în starea fundamentală, odată ajunși în banda de conducție, ei eliberează energie sub formă de fotoni de lumină și revin la orbitalii benzii de valență. Timpul total al unui electron în banda de conducție este mai mic de o secundă.

Capacitatea electronilor de a atinge banda de conducție determină conductivitatea electrică a unui obiect. Diferitele substanțe au dimensiuni diferite ale benzilor, așa că unele substanțe necesită mai puțină energie pentru a muta electronii între orbitali. De exemplu, conductorii au o bandă interzisă mică, astfel încât electronii nu necesită multă energie pentru a sări acest interval minim și a ajunge la banda de conducție. Acesta este motivul pentru care conductorii sunt ideali pentru conducerea electricității. În schimb, izolatorii au o bandă interzisă foarte mare, deci necesită mult mai multă energie pentru ca electronii să facă saltul și, prin urmare, nu conduc bine electricitatea.