O que é uma banda de condução?

Utilizado na mecânica quântica, o termo banda de condução refere-se a uma área de orbitais combinados, ou uma banda, para elétrons em uma molécula. Ao contrário da banda de valência, a banda de condução raramente contém elétrons. Em estados excitados, os elétrons se movem para a banda de condução momentaneamente antes de liberar sua energia e voltar aos orbitais de elétrons inferiores. Compreender o comportamento dos elétrons em relação a essa banda é útil para entender o comportamento de várias substâncias. Na mecânica quântica, o conceito de banda de condução é abordado na teoria das bandas.

Os átomos são arranjados com prótons - partículas carregadas positivamente - e nêutrons - partículas neutras - agrupados no centro. Os elétrons - pequenas moléculas carregadas negativamente - orbitam o aglomerado central, semelhante à maneira como os planetas no sistema solar orbitam o sol. Como os planetas, os elétrons estabeleceram órbitas. Ao contrário dos planetas, no entanto, os elétrons podem se mover para uma órbita diferente se ganharem energia suficiente.

Geralmente, os elétrons são encontrados nos orbitais inferiores de um átomo. Os elétrons sempre preenchem o orbital mais baixo primeiro, apenas passando para o próximo quando o primeiro é preenchido. Esse posicionamento natural é chamado de estado fundamental do átomo.

Os elétrons de valência de um átomo, ou aqueles geralmente encontrados na faixa mais externa dos orbitais do estado fundamental, são capazes de serem compartilhados com outros átomos. Nas ligações covalentes, os elétrons de valência de múltiplos átomos compartilham seus orbitais. Os orbitais originais dos elétrons de valência se confundem, criando uma banda de valência na molécula.

Quando os elétrons ganham energia ou atingem um estado excitado, eles podem se mover para orbitais superiores, encontrados na banda de condução. Os elétrons devem ter energia suficiente para saltar sobre uma área não-eletrônica, ou intervalo de banda, para alcançar a banda de condução. Como os elétrons, em última análise, preferem estar no estado fundamental, uma vez na banda de condução, eles liberam energia na forma de fótons de luz e retornam aos orbitais da banda de valência. O tempo total de um elétron na banda de condução é inferior a um segundo.

A capacidade dos elétrons de alcançar a banda de condução determina a condutividade elétrica de um objeto. Substâncias diferentes têm tamanhos de gap de banda diferentes, portanto, algumas substâncias requerem menos energia para mover elétrons entre os orbitais. Por exemplo, os condutores possuem uma pequena folga de banda, portanto, os elétrons não precisam de muita energia para saltar essa folga mínima e alcançar a banda de condução. É por isso que os condutores são ideais para conduzir eletricidade. Por outro lado, os isoladores têm uma folga de banda muito grande, portanto, requerem significativamente mais energia para os elétrons darem o salto e, portanto, não conduzem bem a eletricidade.