Vad är ett ledningsband?
Används i kvantmekanik, termen ledningsband hänvisar till ett område med kombinerade orbitaler, eller ett band, för elektroner i en molekyl. Till skillnad från valensbandet innehåller ledningsbandet sällan elektroner. I upphetsade tillstånd kommer elektroner att röra sig in i ledningsbandet tillfälligt innan de släpps ut sin energi och faller tillbaka i lägre elektronorbitaler. Att förstå elektronernas beteende när det gäller detta band är till hjälp för att förstå hur olika ämnen beter sig. I kvantmekanik behandlas konceptet för ledningsbandet i bandteorin.
atomer är arrangerade med protoner - positivt laddade partiklar - och neutroner - neutrala partiklar - grupperade i mitten. Elektroner - små negativt laddade molekyler - kretsar runt det centrala klustret, liknande hur planeterna i solsystemet kretsar runt solen. Liksom planeterna har elektroner ställt in banor. Till skillnad från planeterna kan emellertid elektroner flytta in i en annan orbdet om de får tillräckligt med energi.
Generellt finns elektroner i de nedre orbitalerna i en atom. Elektroner kommer alltid att fylla den lägsta omloppet först, bara flyttar till nästa när den första är fylld. Denna naturliga placering kallas atomens marktillstånd.
valenselektroner av en atom, eller de som vanligtvis finns i det yttersta bandet av marktillståndets orbitaler, kan delas med andra atomer. I kovalenta bindningar delar valenselektroner av flera atomer sina orbitaler. De ursprungliga orbitalerna för valenselektronerna suddar ihop och skapar ett valensband i molekylen.
När elektroner får energi eller når ett upphetsat tillstånd kan de flytta till högre orbitaler, som finns i ledningsbandet. Elektroner måste ha tillräckligt med energi för att hoppa över ett icke-elektronområde, eller bandgap för att nå ledningsbandet. Eftersom elektroner i slutändan föredrar att vara i marktillstånd, när jag en gångn ledningsbandet släpper de energi i form av ljusa fotoner och faller tillbaka till sina valensband orbitaler. Den totala tiden en elektron är i ledningsbandet är mindre än en sekund.
Elektronernas förmåga att nå ledningsbandet bestämmer en objekts elektriska konduktivitet. Olika ämnen har olika bandgapstorlekar, så vissa ämnen kräver mindre energi för att flytta elektroner mellan orbitaler. Till exempel har ledare ett litet bandgap, så elektroner kräver inte mycket energi för att hoppa detta minimala gap och nå ledningsbandet. Det är därför ledare är idealiska för att leda el. Omvänt har isolatorer ett mycket stort bandgap, så de kräver betydligt mer energi för elektroner för att göra hoppet och därför inte genomför el väl.