¿Qué elemento es el mejor conductor de electricidad?

En términos de la capacidad para conducir la electricidad, los materiales se pueden dividir a grandes rasgos en materiales conductores, semiconductores y aislantes o dieléctricos. Como su nombre lo indica, un conductor eléctrico es cualquier material que sea capaz de conducir electricidad cuando se conecta a una diferencia de potencial o cuando se somete a la acción de un campo eléctrico.

La capacidad de conducir la electricidad es una propiedad característica de los metales. De hecho, la gran mayoría de los mejores conductores son elementos metálicos. Sin embargo, un alótropo muy especial del carbono es capaz de competir incluso con el metal más conductivo de toda la tabla periódica.

¿Cómo se mide la capacidad de un material para conducir la electricidad?

La capacidad de un material para conducir la electricidad se mide por medio de la conductividad eléctrica. Esta es una propiedad intensiva de la materia que representa la conductancia de un conductor de longitud y sección transversal unitaria. Al ser una propiedad intensiva, no depende de las dimensiones o de la forma del conductor sino solo del material del que está hecho. Por esta razón, si deseamos comparar los elementos en función de su capacidad para conducir la electricidad, basta con comparar sus conductividades.

Dependiendo de la conductividad de un material, este puede clasificarse como conductor, semiconductor y aislante. La siguiente tabla muestra los rangos de conductividad para cada tipo de material:

Sabiendo qué valores de conductividad caracterizan a los conductores, la siguiente tabla muestra una lista ordenada de las conductividades de los 50 elementos de la tabla periódica que mejor conducen la electricidad. Estos valores corresponden a la conductividad de los elementos en volumen, es decir, en cantidades macroscópicas.

Como podemos observar, el elemento que mejor conduce la electricidad es la plata (Ag) y posee una conductividad de 6,30.10⁷ S/m. Esto quiere decir que un bloque de plata pura con una sección transversal de 1 m² y una longitud de 1 m tendrá una conductividad de 6,30.10⁷ siemens o A/V. Esto, a su vez, quiere decir que, si aplicamos una diferencia de potencial eléctrico constante de 1 V entre las dos caras del conductor, se generará una corriente eléctrica de 6,30.10⁷ amperios.

La conductividad expresada de esta manera es difícil de visualizar, ya que no es común contar con un bloque de 1 m³ de plata pura y usarlo como conductor eléctrico. En su lugar, es más conveniente expresar la conductividad en términos de S.m/mm². En estas unidades, la conductividad de la plata es de 63,0 S.m/mm². Esto implica que, si aplicamos un voltaje de 1 V en los extremos de un conductor de plata de 1 m de longitud y que posee un área de sección transversal de 1 mm², se generará una corriente de 63,0 amperios.

La plata, el cobre, el oro y el aluminio como conductores eléctricos

Un cálculo simple a partir de los datps de la tabla anterior revela que la plata posee una conductividad 5,7% mayor que la del cobre, 39,4% mayor que la del oro y 67,1% mayor que la del aluminio. Sin embargo, estos tres elementos se utilizan con mucha mayor frecuencia en aplicaciones eléctricas que la plata. De hecho, la plata pocas veces se utiliza como conductor eléctrico a pesar de tratarse del elemento que mejor conduce la electricidad.

Las razones detrás de esto son simples. Por un lado, el cobre es un metal mucho más económico que la plata, mientras que es tan solo un poco menos conductivo. Por esta razón, tiene mucho más sentido utilizar cobre en aparatos electrónicos y en el cableado de edificaciones en lugar de plata, ya que el aumento en la conductividad no justifica el impresionante aumento en el precio.

Esto es aún más cierto en el caso del aluminio, el cual se utiliza incluso con mayor frecuencia y en mayor cantidad que el cobre, en especial en líneas de alta tensión de kilómetros de longitud. El aluminio es mucho más barato y fácil de producir que el cobre y además es más ligero y resistente a la corrosión. Si comparamos un conductor de cobre con uno de aluminio con el doble del área de la sección transversal, la conductancia del conductor de aluminio es más del doble que la del de cobre (conduce mejor la electricidad), su precio sigue siendo menor (aproximadamente un 40% más barato) y, además, es un 40% más liviano. Todas estas características hacen que el aluminio, a pesar de ocupar el cuarto lugar en conductividad, sea más conveniente como conductor que la plata y el cobre en muchas aplicaciones.

Por otro lado, el oro es un metal precioso mucho más costoso que la plata, es peor conductor eléctrico y es mucho más denso o pesado. Cabe preguntarnos entonces ¿por qué se utiliza el oro con mayor frecuencia como conductor eléctrico que la plata? La razón tiene que ver con las propiedades químicas del oro. Además de ser un metal precioso, el oro también es un metal noble muy resistente a la corrosión. Esto lo hace el material perfecto para la fabricación de contactos eléctricos en aplicaciones tales como equipos de computación, dispositivos móviles, etc. La plata, en cambio, adquiere rápidamente una pátina en su superficie al entrar en contacto con el aire, debido a la oxidación de los átomos de la superficie. Esto reduce su conductividad haciendo que este metal no sea adecuado para este tipo de aplicaciones.

El grafeno es mejor conductor que la plata

Si hablamos de conductividad de los elementos puros, hay un elemento que le gana a todos los demás y, curiosamente, no es la plata. Se trata del carbono. Sin embargo, no hablamos de cualquier carbono como el que podríamos encontrar de forma natural, sino de una forma muy especial de carbono llamada grafeno.

El grafeno es un alótropo del carbono muy particular. Se trata de un enrejado hexagonal de átomos de carbono con hibridación sp² de un átomo de espesor. Consiste en una sola de las capas de átomos de carbono que conforman al alótropo grafito. Al ser de solo un átomo de espesor, este tipo de material se denomina cristal bidimensional y posee propiedades físicas únicas, entre ellas, la mayor conductividad eléctrica conocida.

En algunos laboratorios han reportado conductividades del orden de 8,0.10⁷ S/m para el grafeno, lo cual es un 27% mayor que la conductividad de la plata, convirtiendo al grafeno, y por lo tanto al carbono, en el elemento que mejor conduce la electricidad.

A pesar de lo anterior, el hecho de que esta conductividad corresponda a muestras nanométricas de material en lugar de volúmenes macroscópicos del elemento, puede resultar poco adecuado comparar esta conductividad con la de los demás metales, las cuales se midieron para cada elemento en muestras macroscópicas. En esta escala, puede que alguna forma nueva de otro elemento resulte un mejor conductor incluso que el grafeno. Por esta razón, por los momentos, podemos dejarle la medalla de oro a la plata.

Referencias

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Pastor, J. (2014, 7 febrero). El grafeno conduce la electricidad aún mejor de lo que apuntaba la teoría. Xataka. https://www.xataka.com/investigacion/el-grafeno-conduce-la-electricidad-aun-mejor-de-lo-que-apuntaba-la-teoria

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Why is silver the best conductor of electricity? (2016, 16 noviembre). Physics Stack Exchange. https://physics.stackexchange.com/questions/293019/why-is-silver-the-best-conductor-of-electricity