Der Begriff Valenzband gehört zum Bändermodell, mit dem die elektrische Leitfähigkeit, speziell die der Halbleiter, erklärt wird. Das Valenzband ist im Allgemeinen das höchste besetzte Elektronenenergieband am absoluten Nullpunkt (Temperatur) bzw. es sind die Bänder, deren Elektronen (Valenzelektronen) zur chemischen Bindung beitragen.

Erklärungen zum Begriff Valenzband

Wie oben erwähnt ist das Valenzband das höchste besetzte Energieband am absoluten Nullpunkt (Temperatur). Bei Halbleitern und Isolatoren ist dieses Band vollständig besetzt und durch die so genannte Bandlücke vom nächsthöheren Energieband (Leitungsband) getrennt. Bei Leitern kann - je nach Elektronenkonfiguration des Elements - das Valenzband entweder identisch mit dem Leitungsband sein (z. B. bei Natrium) oder es kann sich mit dem nächsthöheren Band (quasi das Leitungsband) überlagern. Daraus resultiert, dass das Valenzband bei Metallen nur teilweise besetzt ist.

Für den Fall eines einwertigen Metalls trägt jedes Atom im Kristallverbund ein Valenzelektron zur Bindung bei (Grundkonfiguration 3s¹). Die Valenzelektronen, als Ursache der chemischen Bindung, im Valenzband gehören dem Festkörper als Ganzem an. So entsteht im Fall von Natrium (einwertiges Metall) das 3-s-Band, dem Valenzband von Natrium; zur Entstehung der Bänder siehe Bändermodell. Da Natrium nur ein Valenzelektron für das entsprechende Energieniveau und somit auch zum entsprechenden Energieband beiträgt, ist das 3-s-Band nur zur Hälfte besetzt (vgl. Pauli-Prinzip).

Anders sieht dies bei zweiwertigen Metallen wie Magnesium aus. Magnesium besitzt zwei Valenzelektronen (Grundkonfiguration 3s²), es wäre demnach zu erwarten, dass sein Valenzband voll besetzt und daher ein Isolator ist. Durch die energetische Überlagerung mit dem nächsthöheren Energieband (auch II. Valenzband genannt, im Fall von Magnesium das 3-p-Band) können Elektronen vom I. in das II. Valenzband übertreten, so dass beide nur teilbesetzt sind; Dabei sind die Elektronen nicht einfach anteilsmäßig sondern in Abhängigkeit des Zustandsdichten verteilt (vgl. auch Bandstruktur). Analog verhält es sich im Fall von Aluminium (Grundkonfiguration 3s² 3p¹) bei dem das 3-s-Band vollbesetzt und das 3-p-Band halbbesetzt sein müsste. Durch die Überlagerung der Energiebänder sind aber wie beim Magnesium beide Bänder nur teilweise besetzt.

Bei Halbleitern und Isolatoren existiert die beschriebene Überlagerung des Valenzbandes und des nächsthöheren (unbesetzten) Bandes nicht. Beispielsweise besitzt Silizium vier Valenzelektronen (Grundkonfiguration 3s² 3p²). Ähnlich wie bei Natrium, Magnesium und Aluminium überlagern sich auch hier die beiden Valenzbänder (3-s- und 3-p-Band). Da aber keine Überlagerung mit dem nächst höheren Band vorliegt - zur Veranschaulichung kann auch das Energieschema von Kohlenstoff genutzt werden - ist das Valenzband (hier werden häufig beide Valenzbänder einfach zusammengefasst) vollständig besetzt. Die energetische Lücke, zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband bezeichnet man als Bandlücke, einer quantenmechanisch verbotenen Zone für Elektronen. Da keine freien Energieniveaus im Valenzband existieren, ist Silizium beim absoluten Nullpunkt (T=0 K) ein Isolator, denn ein äußeres (kleines) elektrisches Feld kann keine Valenzelektronen in das freie Leitungsband befördern. Da es mit steigender Temperatur oder Lichteinfall möglich ist, dass Elektronen in das Leitungsband wechseln können, bezeichnet man Silizium auch als Halbleiter.

Was halten Sie von dem Glühbirnenverbot? Diskutieren Sie hier mit!