11.18: Teoría de Bandas

Cuando dos o más átomos se unen para formar una molécula, sus orbitales atómicos se combinan y resultan orbitales moleculares de energías distintas. En un sólido, hay un gran número de átomos y por lo tanto un gran número de orbitales atómicos que pueden combinarse en orbitales moleculares. Estos grupos de orbitales moleculares están tan cerca entre sí que forman regiones continuas de energía, conocidas como bandas.

La diferencia de energía entre estas bandas se conoce como la brecha de banda.

Conductores, semiconductores y aislantes

Para conducir electricidad, los electrones de valencia deben cruzar orbitales de diferentes energías para moverse a través del sólido. Esto viene determinado por el espacio entre las bandas. Los electrones de valencia en los conductores ocupan una banda que tiene muchos orbitales vacíos. Por lo tanto, sólo se requiere una pequeña cantidad de energía para mover los electrones a estos orbitales vacíos. Esta pequeña diferencia energética es “fácil” de superar, por lo que son buenos conductores de la electricidad. Los semiconductores y aislantes observan dos tipos de bandas: Una banda de valencia, con pocos o ningún orbital vacío, y una banda de conducción, con orbitales vacíos. La diferencia energética o la brecha de banda entre la banda de valencia y la banda de conducción determina la facilidad con la que los electrones pueden moverse. En los aislantes, la brecha de banda es tan “grande” que muy pocos electrones pueden alcanzar los orbitales vacíos de la banda de conducción; como resultado, los aislantes son conductores pobres de la electricidad. Los semiconductores, por otra parte, tienen brechas de banda comparativamente pequeñas. Como resultado, pueden conducir la electricidad cuando se proporcionan cantidades “moderadas” de energía para mover los electrones fuera de los orbitales llenos de la banda de valencia y dentro de los orbitales vacíos de la banda de conducción. Por lo tanto, los semiconductores son mejores que los aislantes, pero no tan eficientes como los conductores en términos de conductividad eléctrica.

Este texto ha sido adaptado de Openstax, Química 2e, Sección 8.4 Teoría Orbital Molecular.