¿Qué es una banda de conducción?

Usado en mecánica cuántica, el término banda de conducción se refiere a un área de orbitales combinados, o una banda, para electrones en una molécula. A diferencia de la banda de valencia, la banda de conducción rara vez contiene electrones. En estados excitados, los electrones se moverán a la banda de conducción momentáneamente antes de liberar su energía y volver a caer en orbitales de electrones inferiores. Comprender el comportamiento de los electrones con respecto a esta banda es útil para comprender el comportamiento de diversas sustancias. En mecánica cuántica, el concepto de la banda de conducción se aborda en la teoría de la banda.

Los átomos están dispuestos con protones (partículas cargadas positivamente) y neutrones (partículas neutras) agrupados en el centro. Los electrones, pequeñas moléculas cargadas negativamente, orbitan el cúmulo central, de forma similar a la forma en que los planetas del sistema solar orbitan al sol. Al igual que los planetas, los electrones han establecido órbitas. Sin embargo, a diferencia de los planetas, los electrones pueden moverse a una órbita diferente si obtienen suficiente energía.

En general, los electrones se encuentran en los orbitales inferiores de un átomo. Los electrones siempre llenarán primero el orbital más bajo, solo se moverán al siguiente cuando se llene el primero. Esta ubicación natural se llama estado fundamental del átomo.

Los electrones de valencia de un átomo, o los que se encuentran generalmente en la banda más externa de los orbitales del estado fundamental, pueden compartirse con otros átomos. En los enlaces covalentes, los electrones de valencia de múltiples átomos comparten sus orbitales. Los orbitales originales de los electrones de valencia se difuminan juntos, creando una banda de valencia en la molécula.

Cuando los electrones ganan energía, o alcanzan un estado excitado, pueden moverse a orbitales superiores, que se encuentran en la banda de conducción. Los electrones deben tener suficiente energía para saltar sobre un área no electrónica, o espacio de banda, para alcanzar la banda de conducción. Como los electrones prefieren estar en estado fundamental, una vez en la banda de conducción, liberan energía en forma de fotones de luz y vuelven a sus orbitales de la banda de valencia. El tiempo total que un electrón está en la banda de conducción es menos de un segundo.

La capacidad de los electrones para alcanzar la banda de conducción determina la conductividad eléctrica de un objeto. Las diferentes sustancias tienen diferentes tamaños de banda, por lo que algunas sustancias requieren menos energía para mover los electrones entre los orbitales. Por ejemplo, los conductores tienen un pequeño espacio de banda, por lo que los electrones no requieren mucha energía para saltar este espacio mínimo y alcanzar la banda de conducción. Es por eso que los conductores son ideales para conducir electricidad. Por el contrario, los aislantes tienen un intervalo de banda muy grande, por lo que requieren mucha más energía para que los electrones salten y, por lo tanto, no conducen bien la electricidad.