Der Begriff Leitungsband wird in der Quantenmechanik verwendet und bezieht sich auf einen Bereich kombinierter Orbitale oder ein Band für Elektronen in einem Molekül. Im Gegensatz zum Valenzband enthält das Leitungsband selten Elektronen. In angeregten Zuständen bewegen sich Elektronen kurzzeitig in das Leitungsband, bevor sie ihre Energie abgeben und in niedrigere Elektronenorbitale zurückfallen. Das Verständnis des Verhaltens von Elektronen in Bezug auf dieses Band ist hilfreich, um das Verhalten verschiedener Substanzen zu verstehen. In der Quantenmechanik wird das Konzept des Leitungsbandes in der Bandtheorie behandelt.
Atome sind mit Protonen – positiv geladenen Teilchen – und Neutronen – neutralen Teilchen – in der Mitte gruppiert. Elektronen – winzige negativ geladene Moleküle – umkreisen den zentralen Cluster, ähnlich wie die Planeten im Sonnensystem die Sonne umkreisen. Elektronen haben wie die Planeten feste Bahnen. Anders als die Planeten können sich Elektronen jedoch in eine andere Umlaufbahn bewegen, wenn sie genügend Energie gewinnen.
Im Allgemeinen befinden sich Elektronen in den unteren Orbitalen eines Atoms. Elektronen füllen immer zuerst das unterste Orbital und bewegen sich erst zum nächsten, wenn das erste gefüllt ist. Diese natürliche Anordnung wird als Grundzustand des Atoms bezeichnet.
Valenzelektronen eines Atoms oder solche, die normalerweise im äußersten Band der Grundzustandorbitale zu finden sind, können mit anderen Atomen geteilt werden. In kovalenten Bindungen teilen sich Valenzelektronen mehrerer Atome ihre Orbitale. Die ursprünglichen Orbitale der Valenzelektronen verschwimmen und erzeugen ein Valenzband im Molekül.
Wenn Elektronen Energie gewinnen oder einen angeregten Zustand erreichen, können sie sich in höhere Orbitale bewegen, die sich im Leitungsband befinden. Elektronen müssen genug Energie haben, um über einen Nichtelektronenbereich oder eine Bandlücke zu springen, um das Leitungsband zu erreichen. Da Elektronen es letztendlich bevorzugen, im Grundzustand zu sein, geben sie im Leitungsband Energie in Form von Lichtphotonen ab und fallen in ihre Valenzbandorbitale zurück. Die Gesamtzeit eines Elektrons im Leitungsband beträgt weniger als eine Sekunde.
Die Fähigkeit von Elektronen, das Leitungsband zu erreichen, bestimmt die elektrische Leitfähigkeit eines Objekts. Verschiedene Substanzen haben unterschiedliche Bandlückengrößen, daher benötigen einige Substanzen weniger Energie, um Elektronen zwischen Orbitalen zu bewegen. Leiter haben beispielsweise eine kleine Bandlücke, sodass Elektronen nicht viel Energie benötigen, um diese minimale Lücke zu überspringen und das Leitungsband zu erreichen. Aus diesem Grund eignen sich Leiter ideal zum Leiten von Elektrizität. Umgekehrt haben Isolatoren eine sehr große Bandlücke, benötigen also deutlich mehr Energie für Elektronen, um den Sprung zu machen, und leiten daher den Strom nicht gut.