Che cos'è una banda di conduzione?
Utilizzato nella meccanica quantistica, il termine banda di conduzione si riferisce ad un'area di orbitali combinati, o una banda, per elettroni in una molecola. A differenza della banda di valenza, la banda di conduzione raramente contiene elettroni. Negli stati eccitati, gli elettroni si sposteranno momentaneamente nella banda di conduzione prima di rilasciare la loro energia e ricadere in orbitali di elettroni inferiori. Comprendere il comportamento degli elettroni nei confronti di questa banda è utile per capire come si comportano le varie sostanze. Nella meccanica quantistica, il concetto di banda di conduzione è affrontato nella teoria delle bande.
Gli atomi sono disposti con protoni - particelle cariche positivamente - e neutroni - particelle neutre - raggruppati al centro. Gli elettroni - minuscole molecole caricate negativamente - orbitano attorno al cluster centrale, in modo simile al modo in cui i pianeti nel sistema solare orbitano attorno al sole. Come i pianeti, gli elettroni hanno impostato orbite. A differenza dei pianeti, tuttavia, gli elettroni possono spostarsi in un'orbita diversa se ottengono abbastanza energia.
Generalmente, gli elettroni si trovano negli orbitali inferiori di un atomo. Gli elettroni riempiranno sempre per primi l'orbitale più basso, spostandosi al successivo solo quando il primo è pieno. Questo posizionamento naturale è chiamato lo stato fondamentale dell'atomo.
Gli elettroni di valenza di un atomo, o quelli che normalmente si trovano nella banda più esterna degli orbitali dello stato fondamentale, possono essere condivisi con altri atomi. Nei legami covalenti, gli elettroni di valenza di atomi multipli condividono i loro orbitali. Gli orbitali originali degli elettroni di valenza si confondono insieme, creando una banda di valenza nella molecola.
Quando gli elettroni ottengono energia o raggiungono uno stato eccitato, possono spostarsi verso orbitali più alti, presenti nella banda di conduzione. Gli elettroni devono avere energia sufficiente per saltare su un'area non elettronica, o gap di banda, per raggiungere la banda di conduzione. Poiché gli elettroni alla fine preferiscono essere allo stato fondamentale, una volta nella banda di conduzione, rilasciano energia sotto forma di fotoni di luce e ricadono nei loro orbitali di banda di valenza. Il tempo totale in cui un elettrone si trova nella banda di conduzione è inferiore a un secondo.
La capacità degli elettroni di raggiungere la banda di conduzione determina la conducibilità elettrica di un oggetto. Sostanze diverse hanno dimensioni della banda diverse, quindi alcune sostanze richiedono meno energia per spostare gli elettroni tra gli orbitali. Ad esempio, i conduttori hanno un piccolo gap di banda, quindi gli elettroni non richiedono molta energia per saltare questo gap minimo e raggiungere la banda di conduzione. Ecco perché i conduttori sono ideali per condurre l'elettricità. Al contrario, gli isolanti hanno un gap di banda molto grande, quindi richiedono molta più energia per gli elettroni per fare il salto e quindi non conducono bene l'elettricità.