Kaj je prevodni pas?

Izraz prevodni pas, ki se uporablja v kvantni mehaniki, se nanaša na območje kombiniranih orbital ali pas za elektrone v molekuli. Za razliko od valenčnega pasu prevodni pas redko vsebuje elektrone. V vzbujenih stanjih se elektroni za trenutek premaknejo v prevodni pas, preden sprostijo svojo energijo in padejo nazaj v nižje elektronske orbitale. Razumevanje obnašanja elektronov glede na ta pas je v pomoč pri razumevanju načina obnašanja različnih snovi. V kvantni mehaniki je koncept prevodnega pasu obravnavan v teoriji pasov.

Atomi so razporejeni s protoni – pozitivno nabitimi delci – in nevtroni – nevtralnimi delci – združenimi v središču. Elektroni – drobne negativno nabite molekule – krožijo okoli osrednje kopice, podobno kot planeti v sončnem sistemu krožijo okoli sonca. Tako kot planeti imajo tudi elektroni določene orbite. Za razliko od planetov pa se lahko elektroni premaknejo v drugo orbito, če pridobijo dovolj energije.

Na splošno se elektroni nahajajo v spodnjih orbitalah atoma. Elektroni bodo vedno najprej zapolnili najnižjo orbitalo, na naslednjo pa se premaknejo šele, ko je prva napolnjena. Ta naravna postavitev se imenuje osnovno stanje atoma.
Valenčne elektrone enega atoma ali tiste, ki jih običajno najdemo v najbolj oddaljenem pasu orbital osnovnega stanja, je mogoče deliti z drugimi atomi. V kovalentnih vezi si valenčni elektroni več atomov delijo svoje orbitale. Prvotne orbitale valenčnih elektronov se zameglijo in ustvarijo valenčni pas v molekuli.

Ko elektroni pridobijo energijo ali dosežejo vzbujeno stanje, se lahko premaknejo na višje orbitale, ki jih najdemo v prevodnem pasu. Elektroni morajo imeti dovolj energije, da preskočijo neelektronsko območje ali pasovno vrzel, da dosežejo prevodni pas. Ker so elektroni na koncu raje v osnovnem stanju, ko so enkrat v prevodnem pasu, sprostijo energijo v obliki svetlobnih fotonov in padejo nazaj na svoje orbitale valenčnega pasu. Skupni čas, ko je elektron v prevodnem pasu, je krajši od ene sekunde.

Sposobnost elektronov, da dosežejo prevodni pas, določa električno prevodnost predmeta. Različne snovi imajo različne velikosti pasovne vrzeli, zato nekatere snovi potrebujejo manj energije za premikanje elektronov med orbitalami. Na primer, prevodniki imajo majhno pasovno vrzel, zato elektroni ne potrebujejo veliko energije, da bi preskočili to minimalno vrzel in dosegli prevodni pas. Zato so vodniki idealni za prevajanje električne energije. Nasprotno pa imajo izolatorji zelo veliko pasovno vrzel, zato potrebujejo bistveno več energije, da elektroni naredijo skok in zato ne prevajajo električne energije dobro.