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1. ¿Qué es la teoría de bandas?
¿Qué es la teoría de bandas?
Estructura de las
bandas de energía para un cristal de sodio metálico. Las flechas representan los electrones. Cada
átomo de sodio tiene 11 electrones. 10 de ellos están en orbitales internos, y el único electrón de
valencia se encuentra en la banda de valencia, mientras que la banda de conducción se encuentra
vacía
La teoría de bandas se utiliza para explicar cómo los átomos metálicos se unen entre sí y
por qué son tan buenos conductores de la electricidad mientras que otros materiales son
aislantes. En otras palabras, es una teoría que explica cómo funciona el enlace
metálico.
En cualquier trozo de metal, como en un clavo o en un pedazo de cable de cobre, por
ejemplo, los átomos se encuentran muy unidos y muy cercanos unos de otros.
Según la teoría de bandas, debido a esta cercanía, sus orbitales atómicos (el lugar donde
se encuentran sus electrones) se mezclan para formar un solo orbital gigante que se
asemeja más a una “banda” que a un orbital.
Cuando esto sucede, se forman básicamente dos bandas que son la Banda de Valencia y
la Banda de Conducción (por eso el plural en teoría de bandas).
La banda de valencia
Esta banda se forma por la combinación de los orbitales de valencia de cada átomo. Estos
son los últimos orbitales que están ocupados por electrones en cada átomo individual.

2. La banda de valencia es el lugar donde se encuentran los electrones de un metal cuando
los átomos están relajados. Es decir, cuando no se han excitado por la aplicación de un
potencial eléctrico, por ejemplo.
La banda de conducción
La banda de conducción se forma por la combinación de los primeros orbitales desocupados
o vacíos de cada átomo. Por lo general, la banda de conducción está formada por orbitales
p o d que se solapan unos con otros de manera lateral. Esto da origen a una banda que se
asemeja a una autopista que pasa por el espacio que está encima y por debajo de las capas
de átomos.
Cuando un electrón entra en la capa de conducción, se dice que está “deslocalizado”, ya
que se puede mover libremente de un lado a otro, y no se encuentra localizado alrededor
de ningún átomo en particular.
Una analogía útil
Para comprender mejor cómo es la estructura de las bandas que se forman en los metales,
resulta conveniente utilizar algunas analogías.
Podemos imaginar a un sólido de cualquier sustancia como si fuese un edificio en el que
cada apartamento representa un átomo, y dentro de cada apartamento, las habitaciones
con su respectiva cama pueden verse como los orbitales dónde residen los electrones.
Un sólido se puede
imaginar como un edificio de apartamentos en el que cada apartamento es un átomo, y los electrones
que se encuentran en ellos, se pueden mover de un apartamento a otro

3. En un material no conductor, todos los electrones se encuentran localizados alrededor de
su respectivo átomo. Esto es lo mismo que decir que cada apartamento está cerrado y los
electrones no son libres de moverse de un “apartamento” a otro (es decir, de un átomo a
otro), simplemente porque se requiere mucha energía para poder abrir todas las puertas y
salir.
En cambio, en un material conductor como un metal, las cosas son muy diferentes. Los
átomos están tan cerca el uno del otro, que sus orbitales (las habitaciones) se combinan
entre sí para formar un solo orbital gigante. Esto sería como tumbar todas las paredes en
un piso y hacer una sola habitación común llena de camas.
Esta habitación gigante sería el equivalente de la “banda de valencia”, en la cual se
encuentran los electrones en sus respectivas camas, pero todos están en la misma
habitación. Además de formarse esta habitación, justo al lado se puede conseguir un pasillo
amplio que los electrones pueden utilizar para moverse de un lugar a otro.
Este pasillo grande representa lo que llamamos la “banda de conducción”. Cuando los
electrones están en el pasillo, no están localizados en ningún átomo en particular (están
deslocalizados) y se pueden mover libremente de un lugar a otro sin ningún problema.
La conducción eléctrica y la teoría de bandas
Una vez se entienda la formación de las bandas de valencia y conducción, es fácil
comprender por qué algunos materiales son buenos conductores y por qué otros no.
La clave de la conducción eléctrica se encuentra en qué tan difícil es mover o excitar a los
electrones que se encuentran en la banda de valencia hasta la banda de conducción.
Esto solo depende de qué tan cerca se encuentren los niveles de energía de ambas bandas.
En función de esta diferencia de energía, se pueden distinguir tres tipos de materiales:
Materiales conductores
Los materiales conductores, como los metales, se caracterizan por tener bandas de
valencia y de conducción prácticamente juntas y casi sin diferencia de energía entre
una y otra.
Esto quiere decir que la mínima excitación es capaz de promover a los electrones de la
capa de valencia y pasarlos a la capa de conducción, desde donde pueden moverse
libremente, conduciendo así la electricidad.
Según la analogía mencionada anteriormente, esto sería como decir que casi no hay nada
que separe la habitación común (la banda de valencia) del pasillo (la banda de conducción).
Por esta razón, un electrón puede llegar fácilmente al pasillo, sin ninguna puerta que le
impida su paso.

4. Una habitación sin
paredes y con muchas camas, es una imagen similar a la banda de valencia que se forma en un metal.
Los electrones pueden pasar fácilmente de un lugar a otro a través de los pasillos, los cuales son
equivalentes a la banda de conducción
Materiales no conductores o aislantes
¿Qué sucede con materiales como los plásticos o la madera que no conducen la
electricidad? En los casos de los materiales aislantes, la banda de valencia y la banda de
conducción tienen diferencias de energía muy grandes.
Esto quiere decir que, para poder llevar a un electrón desde la capa de valencia hasta la de
conducción se requiere invertir demasiada energía, así que estos materiales no conducen
la electricidad en condiciones normales.
En la analogía del edificio, esto se puede ver como que los electrones deben atravesar
muchas puertas cerradas para poder salir de sus habitaciones hasta el pasillo. Se
encuentran literalmente atrapados en sus respectivos átomos.
Materiales semiconductores
Entre los materiales conductores y los no conductores podemos encontrar a un tercer grupo
de materiales denominados semiconductores.
En estos materiales, las bandas de valencia y de conducción no están una al lado de la otra
como en los materiales conductores, por lo que existe una brecha de energía que los
electrones deben superar para poder pasar a la banda de conducción. Sin embargo, esta
brecha o diferencia de energía no es tan alta como en el caso de los materiales no
conductores.

5. La brecha de energía entre las dos bandas no les permite a estos materiales conducir la
electricidad a temperaturas bajas. Sin embargo, cuando se aumenta la temperatura, la
energía de las vibraciones de los átomos resulta suficiente para excitar a algunos electrones
a la banda de conducción, por lo que el material puede conducir la electricidad.
Como estos materiales a veces son aislantes y a veces son conductores, entonces se les
denomina materiales semiconductores. Algunos ejemplos de este tipo de materiales son el
Silicio, el Galio y el Selenio.
González Ibarra, Adriana. (27 de April de 2021). ¿Qué es la teoría de bandas?. Lifeder.
Recuperado de https://www.lifeder.com/teoria-bandas/.
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