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Las bandas de energía

os conocimientos actuales que disponemos sobre el átomo nos permiten afirmar que los electrones ocupan ciertos niveles de energía. En cada nivel podemos encontrar un número máximo de electrones, consecuencia del principio de exclusión de Pauli. Cuando se unen multitud de átomos, para formar un sólido, los niveles energéticos individuales de cada átomo se ven alterados como consecuencia de la interacción con los otros átomos.

En esas condiciones no tiene sentido tratar los átomos individualmente, sino que hay que considerar el conjunto de todos ellos. Para ese conjunto, los niveles energéticos individuales desaparecen y forman lo que se denomina una banda de energía.

Definiremos la banda de valencia de un sólido como la banda de energía más externa ocupada por algún electrón cuando el sólido se encuentra en su estado fundamental. En cambio, definiremos la banda de conducción como la banda de menor energía en la que existen algunos niveles vacíos cuando el sólido se encuentra en su estado fundamental.

Estructura de las diferentes bandas de valencia de materiales conductores

La conducción de corriente eléctrica se explica a partir de la teoría de bandas, afirmando que es el paso de electrones de la banda de valencia a la banda de conducción y el posterior movimiento de los electrones bajo la acción de un campo eléctrico, el que genera dicha corriente. En la banda de conducción los electrones generan la corriente eléctrica, al desplazarse de un punto a otro del material.

Las bandas de energía están separadas entre sí por zonas prohibidas, que no pueden ser ocupadas por los electrones y cuyo tamaño depende de la naturaleza de los átomos que constituyen el sólido.

En los materiales conductores, la banda de conducción y la de valencia coinciden en ocasiones (cuando la banda de valencia no está completamente llena); a veces, estando llena la banda de valencia, la banda de conducción vacía se superpone a ésta, tal como se aprecia en la figura adjunta.

Tanto en un caso como en el otro, los electrones de la banda de valencia pueden acceder fácilmente a la banda de conducción y originar una corriente eléctrica, al aplicar un campo eléctrico externo. Un aumento de la temperatura provocará un mayor número de choques con los restos atómicos, lo que se traducirá en un ligero aumento del número de electrones que saltan de una a otra banda.

En cambio, en los materiales aislantes, la banda de valencia está completamente llena y entre ésta y la banda de conducción existe un salto de energía tan grande que los electrones no pueden acceder a dicha banda, donde originarían la corriente eléctrica. En este caso, los electrones de la banda de valencia son compartidos por todo el sólido, ya que ocupan una banda de energía, pero no pueden contribuir a establecer una corriente eléctrica, al no serles accesible la banda de conducción.

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