Qu'est-ce qu'un groupe de conduction?
Utilisé en mécanique quantique, le terme bande de conduction désigne une zone d'orbitales combinées, ou une bande, pour les électrons d'une molécule. Contrairement à la bande de valence, la bande de conduction contient rarement des électrons. Dans les états excités, les électrons se déplaceront momentanément dans la bande de conduction avant de libérer leur énergie et de retomber dans les orbitales électroniques inférieures. Comprendre le comportement des électrons vis-à-vis de cette bande est utile pour comprendre le comportement de diverses substances. En mécanique quantique, le concept de bande de conduction est abordé dans la théorie des bandes.
Les atomes sont agencés avec des protons (particules chargées positivement) et des neutrons (particules neutres) regroupés au centre. Des électrons, de minuscules molécules chargées négativement, gravitent autour de l'amas central, de la même manière que les planètes du système solaire gravitent autour du soleil. Comme les planètes, les électrons ont placé des orbites. Cependant, contrairement aux planètes, les électrons peuvent se déplacer sur une orbite différente s’ils gagnent suffisamment d’énergie.
Généralement, les électrons se trouvent dans les orbitales inférieures d'un atome. Les électrons rempliront toujours l’orbite la plus basse en premier, ne passant à la suivante que lorsque la première est remplie. Ce placement naturel s'appelle l'état fondamental de l'atome.
Les électrons de valence d'un atome, ou ceux que l'on trouve habituellement dans la bande la plus externe des orbitales de l'état fondamental, peuvent être partagés avec d'autres atomes. Dans les liaisons covalentes, les électrons de valence de plusieurs atomes partagent leurs orbitales. Les orbitales d'origine des électrons de valence s'estompent, créant une bande de valence dans la molécule.
Lorsque les électrons gagnent de l'énergie ou atteignent un état excité, ils peuvent se déplacer vers des orbitales supérieures, présentes dans la bande de conduction. Les électrons doivent avoir assez d'énergie pour sauter par-dessus une zone non-électron, ou bande interdite, afin d'atteindre la bande de conduction. Étant donné que les électrons préfèrent finalement être à l'état fondamental, une fois dans la bande de conduction, ils libèrent de l'énergie sous forme de photons lumineux et retombent sur leurs orbitales à bande de valence. Le temps total qu'un électron est dans la bande de conduction est inférieur à une seconde.
La capacité des électrons à atteindre la bande de conduction détermine la conductivité électrique d'un objet. Différentes substances ont des tailles de bande interdites différentes, de sorte que certaines substances nécessitent moins d'énergie pour déplacer les électrons entre les orbitales. Par exemple, les conducteurs ont un faible intervalle de bande, de sorte que les électrons n'ont pas besoin de beaucoup d'énergie pour sauter cet intervalle minimal et atteindre la bande de conduction. C'est pourquoi les conducteurs sont idéaux pour conduire l'électricité. À l'inverse, les isolateurs ont une bande interdite très large et nécessitent donc beaucoup plus d'énergie pour que les électrons fassent le saut et ne conduisent donc pas bien l'électricité.