Usato nella meccanica quantistica, il termine banda di conduzione si riferisce a un’area di orbitali combinati, o una banda, per gli elettroni in una molecola. A differenza della banda di valenza, la banda di conduzione contiene raramente elettroni. Negli stati eccitati, gli elettroni si sposteranno momentaneamente nella banda di conduzione prima di rilasciare la loro energia e ricadere negli orbitali elettronici inferiori. Comprendere il comportamento degli elettroni rispetto a questa banda è utile per comprendere il comportamento delle varie sostanze. In meccanica quantistica, il concetto di banda di conduzione è affrontato nella teoria delle bande.
Gli atomi sono organizzati con protoni – particelle cariche positivamente – e neutroni – particelle neutre – raggruppati al centro. Gli elettroni, minuscole molecole cariche negativamente, orbitano attorno all’ammasso centrale, in modo simile al modo in cui i pianeti del sistema solare orbitano attorno al sole. Come i pianeti, gli elettroni hanno orbite fisse. A differenza dei pianeti, tuttavia, gli elettroni possono muoversi in un’orbita diversa se guadagnano abbastanza energia.
Generalmente, gli elettroni si trovano negli orbitali inferiori di un atomo. Gli elettroni riempiranno sempre per primo l’orbitale più basso, passando al successivo solo quando il primo è pieno. Questa posizione naturale è chiamata stato fondamentale dell’atomo.
Gli elettroni di valenza di un atomo, o quelli che si trovano solitamente nella banda più esterna degli orbitali dello stato fondamentale, possono essere condivisi con altri atomi. Nei legami covalenti, gli elettroni di valenza di più atomi condividono i loro orbitali. Gli orbitali originali degli elettroni di valenza si confondono, creando una banda di valenza nella molecola.
Quando gli elettroni guadagnano energia, o raggiungono uno stato eccitato, possono spostarsi verso orbitali più alti, che si trovano nella banda di conduzione. Gli elettroni devono avere energia sufficiente per saltare su un’area non elettronica, o band gap, per raggiungere la banda di conduzione. Poiché gli elettroni in definitiva preferiscono essere allo stato fondamentale, una volta nella banda di conduzione, rilasciano energia sotto forma di fotoni di luce e ricadono nei loro orbitali della banda di valenza. Il tempo totale di permanenza di un elettrone nella banda di conduzione è inferiore a un secondo.
La capacità degli elettroni di raggiungere la banda di conduzione determina la conduttività elettrica di un oggetto. Sostanze diverse hanno dimensioni di intervallo di banda diverse, quindi alcune sostanze richiedono meno energia per spostare gli elettroni tra gli orbitali. Ad esempio, i conduttori hanno un piccolo gap di banda, quindi gli elettroni non richiedono molta energia per saltare questo gap minimo e raggiungere la banda di conduzione. Ecco perché i conduttori sono ideali per condurre l’elettricità. Al contrario, gli isolanti hanno un gap di banda molto ampio, quindi richiedono molta più energia per gli elettroni per fare il salto e quindi non conducono bene l’elettricità.