Qué es la banda de energía y su clasificación

La disposición de las moléculas en los sólidos, los líquidos y los gases no es la misma. En los sólidos, se disponen estrechamente, de modo que los electrones de los átomos de la molécula se desplazan al orbital de los átomos vecinos. En los gases, la disposición de las moléculas no es estrecha, mientras que en los líquidos es moderada. Por tanto, los orbitales de los electrones se cubren parcialmente cuando los átomos se acercan mutuamente. Debido a la combinación de átomos dentro de los sólidos, como alternativa a los niveles de energía individuales, se forman los niveles de bandas de energía. El conjunto de niveles de energía se empaqueta estrechamente, lo que se conoce como banda de energía.


¿Qué es una banda energética?

La definición de banda de energía es, el número de átomos dentro de una piedra de cristal puede estar más cerca uno del otro, así como un número de electrones interactuarán entre sí. Los niveles de energía de los electrones dentro de su cáscara pueden ser causados debido a los cambios en sus niveles de energía. La característica principal de la banda de energía es que los estados energéticos de los electrones de la electrónica son estables en diferentes rangos. Así, el nivel de energía de un átomo cambiará en las bandas de conducción y en las bandas de valencia.

Teoría de la banda de energía

Según la teoría de Bohr, cada cáscara de un átomo incluye una cantidad separada de energía en niveles distintos. Esta teoría da principalmente detalles sobre la comunicación de los electrones entre la envoltura interior y la exterior. Según la teoría de la banda de energía, las bandas de energía se clasifican en tres tipos que son los siguientes

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teoría de la banda de energía
  • Banda de valencia
  • Brecha energética prohibida
  • Banda de conducción

Banda de valencia

El flujo de electrones dentro de los átomos en niveles de energía fijos, sin embargo la energía del electrón en la capa interior es superior a la de la capa exterior de electrones. Los electrones que están presentes en la capa exterior se denominan electrones de valencia.

Estos electrones incluyen una secuencia de niveles de energía que forman una banda de energía denominada banda de valencia. Esta banda incluye la energía máxima ocupada.

Banda de Conducción

Los electrones de valencia están poco unidos al núcleo a temperatura ambiente. Algunos de los electrones de valencia abandonan la banda libremente. Por eso se llaman electrones libres, porque fluyen hacia los átomos vecinos.

Estos electrones libres conducirán el flujo de corriente dentro de un conductor que se conoce como electrones de conducción. La banda que incluye los electrones se denomina banda de conducción y la energía ocupada de ésta será menor.

Brecha prohibida

El hueco prohibido es el hueco entre la banda de conducción y la banda de valencia. Esta banda está prohibida sin energía. Por tanto, no hay flujo de electrones en esta banda. El flujo de electrones de la banda de valencia a la de conducción pasará por este hueco.

Si este hueco es mayor, los electrones de la banda de valencia están fuertemente ligados al núcleo. En la actualidad, para expulsar a los electrones de esta banda, es necesaria una pequeña fuerza exterior, que equivale al hueco energético prohibido. En el siguiente diagrama, se ilustran las dos bandas, así como una brecha prohibida. En función del tamaño del hueco, se forman los semiconductores, los conductores y los aislantes.

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Tipos de bandas de energía

Las bandas energéticas se clasifican en tres tipos, a saber

  • Aislantes
  • Semiconductores
  • Conductores

Aisladores

Los mejores ejemplos de aislante son la madera y el vidrio. Estos aislantes no permiten que fluya la electricidad a través de ellos. Los aislantes tienen una conductividad extremadamente baja y una alta resistividad. En el aislante, la brecha de energía es extremadamente alta, de 7eV. El material no puede actuar debido a que el flujo de electrones de las bandas como la de valencia a la de conducción es inviable.

banda de energía en aislantes
banda de energía en aislantes

Las principales características de los aislantes incluyen principalmente la brecha de energía como prohibida es extremadamente grande. En el caso de algunos tipos de aislantes, cuando la temperatura aumenta, pueden ilustrar cierta transmisión.

Semiconductores

Los mejores ejemplos de semiconductores son el Silicio (Si) y el Germanio (Ge), que son los materiales más utilizados. Las propiedades eléctricas de estos materiales se encuentran entre los semiconductores y los aislantes. Las siguientes imágenes muestran el diagrama de bandas de energía de los semiconductores, en el que la banda de conducción puede estar vacía y la banda de valencia está totalmente llena, pero la brecha prohibida entre estas bandas es diminuta, es decir, 1eV. El hueco prohibido del Ge es de 0,72eV y el del Si es de 1,1eV. Por lo tanto, el semiconductor necesita poca conductividad.

banda de energía en los semiconductores
banda energética en semiconductores

Las principales características de los semiconductores incluyen principalmente la brecha energética como prohibida es extremadamente pequeña. Cuando la temperatura del semiconductor aumenta, la conductividad disminuye.

Conductores

El conductor es un tipo de material en el que la brecha de energía prohibida se desvanece, así como la banda de valencia y la banda de conducción se vuelven extremadamente cercanas y se cubren parcialmente. Los mejores ejemplos de conductores son el Oro, el Aluminio, el Cobre y el Oro. La disponibilidad de electrones libres a temperatura ambiente es enorme. El diagrama de bandas de energía del conductor se muestra a continuación.

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banda energética de los conductores
banda de energía en conductores

Las características principales de los conductores incluyen principalmente la brecha de energía como prohibida no existirá. Las bandas de energía, como la de valencia y la de conducción, se superponen. La disponibilidad de electrones libres para la conducción es amplia. La conducción aumentará cuando el número de voltajes sea pequeño.

Por tanto, se trata de una visión general de la banda de energía. Por último, de la información anterior podemos concluir que la disposición de las moléculas en sustancias como los sólidos, los líquidos y los gases es diferente. En los gases, las moléculas no están cerca, en los sólidos, las moléculas están dispuestas muy cerca y en los líquidos, las moléculas están dispuestas de forma moderada. Así que los electrones de los átomos de la molécula tienden a fluir hacia los orbitales de los átomos adyacentes. Por tanto, los orbitales de los electrones se cubren parcialmente mientras los átomos se acercan conjuntamente. Debido a la mezcla de átomos dentro de los sólidos, en sustitución de los únicos niveles de energía, se formarán las bandas de energía. Éstas se empaquetan estrechamente y se denominan bandas de energía. He aquí una pregunta para ti, ¿banda de energía en los sólidos?

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