Wenn zwei oder mehr Atome zusammenkommen, um ein Molekül zu bilden, verbinden sich ihre Atomorbitale und es entstehen Molekülorbitale mit unterschiedlichen Energien. In einem Festkörper gibt es eine große Anzahl von Atomen und damit eine große Anzahl von Atomorbitalen, die zu Molekülorbitalen kombiniert werden können. Diese Gruppen von Molekülorbitalen sind so eng beieinander angeordnet, dass sie kontinuierliche Energiebereiche bilden, die als Banden bekannt sind.

Die Energiedifferenz zwischen diesen Bändern wird als Bandlücke bezeichnet.

Leiter, Halbleiter und Isolatoren

Um Elektrizität zu leiten, müssen Valenzelektronen Orbitale unterschiedlicher Energien durchqueren, um sich durch den Festkörper zu bewegen. Diese wird durch die Bandlücke bestimmt. Die Valenzelektronen in Leitern besetzen ein Band mit vielen leeren Orbitalen. Es wird also nur eine geringe Menge an Energie benötigt, um die Elektronen zu diesen leeren Orbitalen zu bewegen. Dieser kleine Energieunterschied ist “leicht” zu überwinden, daher sind sie gute Stromleiter. Halbleiter und Isolatoren beobachten zwei Arten von Bändern – ein Valenzband mit wenigen bis keinen leeren Orbitalen und ein Leitungsband mit leeren Orbitalen. Die Energiedifferenz bzw. die Bandlücke zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband entscheidet darüber, mit welcher Leichtigkeit sich die Elektronen bewegen können. In Isolatoren ist die Bandlücke so “groß”, dass nur sehr wenige Elektronen die leeren Orbitale des Leitungsbandes erreichen können; Infolgedessen sind Isolatoren schlechte Stromleiter. Halbleiter hingegen weisen vergleichsweise kleine Bandlücken auf. Infolgedessen können sie Elektrizität leiten, wenn “moderate” Energiemengen bereitgestellt werden, um Elektronen aus den gefüllten Orbitalen des Valenzbandes in die leeren Orbitale des Leitungsbandes zu bewegen. Halbleiter sind also besser als Isolatoren, aber in Bezug auf die elektrische Leitfähigkeit nicht so effizient wie Leiter.

Dieser Text wurde übernommen von Openstax, Chemie 2e, Abschnitt 8.4 Molekülorbitaltheorie.