Zonska teorija kristala objašnjava električnu provodljivost na osnovu kvantno-mehaničkih pravila. Energetski nivoi atoma se u kristalu cepaju na podnivoe, koji se potom proširuju u zone. Odnos valentne i provodne zone uslovljava električnu provodljivost kristala.
Valentna i provodna zona
Video čas
Diskretni energetski nivoi postoje isključivo kod izolovanih atoma. Ukoliko su atomi povezani u čvrstu strukturu dolazi do diferenciranja energetskih nivoa u energetske podnivoe, jer Paulijev princip isključivosti ne dozvoljava da u okviru jedinstvenog kvantnog sistema postoje dva elektrona koji imaju identična kvantna stanja. Energetski nivoi postaju energetske zone, unutar koje se elektroni kreću, uz mogućnost prelaska sa jednog na drugi energetski podnivo.
Zona u kojoj se nalaze valentni elektroni, koji učestvuju u formiranju hemijskih veza, se naziva valentna zona , dok se naredna zona, koja ne sadrži elektrone, naziva provodna zona. Elektroni koji dospeju u provodnu zonu se mogu slobodno kretati u okviru celog komada čvrste supstance.
Kod metala su valentna i provodna zona spojene i valentni elektroni na sobnoj temperaturi prelaze u provodnu zonu, pa se ponašaju kao slobodni nosioci naelektrisanja. Ovi elektroni više ne “pripadaju” određenom atomu već se mogu slobodno kretati kroz ceo komad supstance. Ukoliko se komad metala nalazi u električnom polju, elektroni se kolektivno kreću ka pozitivnom potencijalu, što predstavlja električnu struju.
Kod izolatora su valentna i provodna zona odvojene širokom zabranjenom zonom, te elektroni iz valentne zone ne mogu da pređu u provodnu zonu. Izolatori nemaju slobodnih nosioca naelektrisanja, te stoga ne provode električnu struju.