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11.19: Théorie des bandes
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Chemistry

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Band Theory
 
TRANSCRIPTION

11.19: Théorie des bandes

Lorsque deux atomes ou plus se réunissent pour former une molécule, leurs orbitales atomiques se combinent et des orbitales moléculaires d'énergies distinctes se forment. Dans un solide, il y a un grand nombre d'atomes, et donc un grand nombre d'orbitales atomiques qui peuvent être combinées en orbitales moléculaires. Ces groupes d'orbitales moléculaires sont très serrées entre elles pour former des régions continues d'énergies, appelées bandes.

La différence d'énergie entre ces bandes est connue sous le nom de zone interdite, ou gap.

Conducteur, semi-conducteur et isolants

Afin de conduire l'électricité, les électrons de valence doivent traverser des orbitales d'énergies différentes pour se déplacer dans le solide. Ceci est déterminé par le gap. Les électrons de valence dans les conducteurs occupent une bande qui a beaucoup d'orbitales vides. Ainsi, seule une petite quantité d'énergie est nécessaire pour déplacer les électrons vers ces orbitales vides. Cette petite différence énergétique est “ facile ” à surmonter, ce sont donc de bons conducteurs d’électricité. On observe deux types de bandes dans les semi-conducteurs et les isolants : une bande de valence, avec peu ou pas d'orbitales vides, et une bande de conduction, avec des orbitales vides. La différence d'énergie ou le gap entre la bande de valence et la bande de conduction détermine la facilité avec laquelle les électrons peuvent se déplacer. Dans les isolants, le gap est si “ grand ” que très peu d'électrons peuvent atteindre les orbitales vides de la bande de conduction ; par conséquent, les isolants sont de mauvais conducteurs d'électricité. Les semi-conducteurs, en revanche, ont des gaps relativement petits. En conséquence, ils peuvent conduire l'électricité lorsque des quantités d'énergie “ modérées “ sont fournies pour déplacer les électrons hors des orbitales remplies de la bande de valence et dans les orbitales vides de la bande de conduction. Ainsi, les semi-conducteurs sont meilleurs que les isolants mais pas aussi efficaces que les conducteurs en termes de conductivité électrique.

Ce texte a été adapté de Openstax, Chimie 2e, Section 8.4 Théorie des orbitales moléculaires.

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