Bant teorisi

Bant teorisi, bir katıdaki elektronların durumlarını tanımlar. Bu teoriye göre katıda elektronlar tarafından doldurulacak sürekli enerji bantları ve elektronların bulunamayacağı enerji aralıkları bulunur. Teori elektriksel direnç ve optik absorpsiyon gibi birçok olayı açıklamada büyük yarar sağlar.

Felix Bloch'un 1928'de katılara kuantum teorisini uygulamasıyla ortaya çıkan teori, belirli sayıda atomdan oluşmuş bir katı oluştuğunda, genel olarak her bir atom tek başına düşünülerek hata yapılır. Bunun yerine katının tüm yapısını düşünmek gerekir. Bu metallerin ve diğer katıların kimyasal ve fiziksel özelliklerini kendilerine has olarak ele alınmasını gerekli kılar.

Bu özelliklerin tam olarak anlaşılabilmesi için moleküler orbital teorisi ile işe başlanması gerekir. Bu teoriye göre eğer iki atom bir araya gelirse farklı enerjilerdeki bağ, bağlanmama ve anti-bağ orbitalleri oluşur. Bu moleküler orbitaller dalga fonksiyonları ile tanımlanır. Bu teorideki en önemli nokta; moleküldeki N atomik orbitalden dolayı N tane moleküler orbitalin oluşacağıdır. Örneğin iki atomik orbital içeren bir molekülü düşünelim. Sonuç olarak bu atomik orbiltallerden dolayı iki moleküler orbital oluşur: biri bağ ve diğeri anti-bağ olan farklı enerjideki orbitaller.

Eğer bu hadiseyi üç atomdan oluşan bir molekül için ele alırsak, sonuç olarak her atomik orbital için sonuç 3 adet moleküler orbital olur: bir bağ, bir bağlanmama ve bir anti-bağ.

Örneğin 10 atomdan oluşan bir molekülü ele alalım. Bu 10 moleküler orbital meydana getirir: 5 bağ ve 5 anti-bağ. Şimdi her bir orbital kümesi arasındaki dağılıma yakından bakalım. Moleküler orbital sayısı yükselirken, en düşük bağlanma ile en yüksek bağlanma arasındaki enerji farkı artar ve her bir orbital arasındaki boşluk azalır. Moleküler orbital sayısı moleküldeki atom sayısı ile artacağından, en düşük bağlanma ile en düşük bağlanmama arasındaki boşluk artarak maksimuma ulaşacaktır.

Belirli sayıda atomdan oluşmuş bir metali örnek olarak verelim. Sonuç olarak sonlu sayıda moleküler orbital oluşacak ve bunlar bir birine o kadar yakın olacak ki bir bant oluşturacaklardır.

Maddelerin moleküler orbitallerini bant olarak isimlendirerek metallerin ve yarı-metallerin özelliklerini daha rahat anlayabiliriz. Yalıtkanlar, yarı iletkenler gibi diğer maddelerin özellikleri bant teorisine bağlı olarak ifade edilen valans bandı, iletkenlik bandı ve Fermi Düzeyi gibi kavramlarla açıklanır.