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Bindung in mehratomigen Molekülen und Festkörpern (Typen der chemischen Bindung)

Elektronen in Festkörpern (Bandstruktur)

Im Gegensatz zu den Energieschemata einzelner Atome mit ihren diskreten Energieeigenwerten entstehen bei der Kombination der Atomorbitale zu den Molekülorbitalen eines Kristalls breite Energiezustände, so genannte Bänder. Das oberste vollständig besetzte Band wird als Valenzband und das nächste leere bzw. unvollständig besetzte Band wird als Leitungsband bezeichnet. In Analogie zu den Frontorbitalen der Moleküle bezeichnet man die niedrigste Ionisierungsenergie als Fermi-Niveau. Je nach Besetzung und energetischem Abstand beobachtet man Leiter, Isolatoren (Nichtleiter) und Halbleiter:

Abb.1
Das Bändermodell
Leiter
Das Valenz- und das Leitungsband überlappen. Dabei können Elektronen sehr leicht in das Leitungsband übergehen. Die große Beweglichkeit der Elektronen ist für die elektrische Leitfähigkeit verantwortlich.
Halbleiter
Die Bandlücke zwischen Valenz- und Leitungsband ist schmal. Einige Elektronen können so weit angeregt werden (z.B. thermische Anregung, Licht), dass sie in das obere Band übergehen und elektrische Leitfähigkeit auftreten kann (Photo-Leiter).
Isolator
Das Valenz- und das Leitungsband werden durch eine breite Bandlücke voneinander getrennt. Diese verbotene Zone kann von den Elektronen nur bei sehr großer äußerer Anregung überbrückt werden.
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