Tabla de Contenidos
În ceea ce privește capacitatea de a conduce electricitatea, materialele pot fi împărțite în linii mari în materiale conductoare, semiconductoare și izolatoare sau dielectrice. După cum sugerează și numele, un conductor electric este orice material care este capabil să conducă electricitatea atunci când este conectat la o diferență de potențial sau când este supus acțiunii unui câmp electric.
Capacitatea de a conduce electricitatea este o proprietate caracteristică a metalelor. De fapt, marea majoritate a celor mai buni conductori sunt elemente metalice. Cu toate acestea, un alotrop foarte special de carbon este capabil să concureze chiar și cu cel mai conductor metal din întregul tabel periodic.
Cum se măsoară capacitatea unui material de a conduce electricitatea?
Capacitatea unui material de a conduce electricitatea este măsurată prin conductivitate electrică. Aceasta este o proprietate intensivă a materiei care reprezintă conductanța unui conductor de lungime și secțiune transversală unitară. Fiind o proprietate intensiva, nu depinde de dimensiunile sau de forma conductorului ci doar de materialul din care este realizat. Din acest motiv, dacă dorim să comparăm elemente în funcție de capacitatea lor de a conduce electricitatea, este suficient să le comparăm conductivitățile.
În funcție de conductivitatea unui material, acesta poate fi clasificat ca conductor, semiconductor și izolator. Următorul tabel prezintă intervalele de conductivitate pentru fiecare tip de material:
| Tipul de material | Interval tipic de conductivitate (S/m) |
| Conducător auto | 10 2 – 10 8 |
| Semiconductor | 10 -6 – 10 -4 |
| Izolator | 10 -19 – 10 -11 |
Știind ce valori de conductivitate caracterizează conductorii, următorul tabel prezintă o listă ordonată a conductivităților celor 50 de elemente ale tabelului periodic care conduc cel mai bine electricitatea. Aceste valori corespund conductivității elementelor în volum, adică în cantități macroscopice.
| Element | simbol chimic | Conductivitate electrică (σ.m/S) la 20°C (293K) | Tipul de material |
| Argint | aug | 6,30.10 7 | Conducător auto |
| Cupru | cu | 5,96,10 7 | Conducător auto |
| Aur | Oh | 4,52,10 7 | Conducător auto |
| Aluminiu | La | 3,77,10 7 | Conducător auto |
| Calciu | AC | 2.98.10 7 | Conducător auto |
| Beriliu | Fi | 2,81,10 7 | Conducător auto |
| Rodiu | Rh | 2,33,10 7 | Conducător auto |
| Magneziu | mg | 2,28.10 7 | Conducător auto |
| iridiu | Merge | 2.13.10 7 | Conducător auto |
| Sodiu | N / A | 2,10.10 7 | Conducător auto |
| Tungsten | W | 1.89,10 7 | Conducător auto |
| Molibden | lu | 1.87,10 7 | Conducător auto |
| Cobalt | Co | 1.79,10 7 | Conducător auto |
| Zinc | Zn | 1.69,10 7 | Conducător auto |
| Cadmiu | CD | 1,47,10 7 | Conducător auto |
| Nichel | Nici | 1,44,10 7 | Conducător auto |
| Ruteniu | ru | 1,41,10 7 | Conducător auto |
| Potasiu | k | 1,39,10 7 | Conducător auto |
| indian | În | 1,25.10 7 | Conducător auto |
| Osmiu | Tu | 1,23.10 7 | Conducător auto |
| Litiu | Li | 1.08.10 7 | Conducător auto |
| Fier | Credinţă | 1.04.10 7 | Conducător auto |
| Platină | pct | 9,52,10 6 | Conducător auto |
| Paladiu | P.S | 9,49,10 6 | Conducător auto |
| Staniu | sn | 8,70,10 6 | Conducător auto |
| Crom | Cr | 8.00.10 6 | Conducător auto |
| Rubidiu | rb | 7,81,10 6 | Conducător auto |
| tantal | Ta | 7,63,10 6 | Conducător auto |
| Stronţiu | Domnul | 7,58,10 6 | Conducător auto |
| Galiu | Ga | 7,35,10 6 | Conducător auto |
| toriu | th | 6,80,10 6 | Conducător auto |
| taliu | tl | 6,67,10 6 | Conducător auto |
| Niobiu | Nb | 6,58,10 6 | Conducător auto |
| reniu | Re | 5,81,10 6 | Conducător auto |
| Protactiniu | pa | 5,65,10 6 | Conducător auto |
| Vanadiu | V | 5,08.10 6 | Conducător auto |
| cesiu | cs | 4,88,10 6 | Conducător auto |
| Conduce | bp | 4,81,10 6 | Conducător auto |
| Iterbiu (290–300 K) | Yb | 4.00.10 6 | Conducător auto |
| Uraniu | SAU | 3,57,10 6 | Conducător auto |
| hafniu | Hf | 3.02.10 6 | Conducător auto |
| Bariu | Ba | 3.01.10 6 | Conducător auto |
| Antimoniu | sb | 2,56,10 6 | Conducător auto |
| Titan | Tu | 2,56,10 6 | Conducător auto |
| Poloniu | Po | 2,50,10 6 | Conducător auto |
| zirconiu | Zr | 2,38,10 6 | Conducător auto |
| Scandiu (290–300 K) | sc | 1.78,10 6 | Conducător auto |
| Lutețiu (290–300 K) | lu | 1.72,10 6 | Conducător auto |
| ytriu (290–300 K) | ȘI | 1,68,10 6 | Conducător auto |
| Lantan (290–300K) | The | 1,63,10 6 | Conducător auto |
După cum putem vedea, elementul care conduce cel mai bine electricitatea este argintul (Ag) și are o conductivitate de 6,30,10 7 S/m . Aceasta înseamnă că un bloc de argint pur cu o secțiune transversală de 1 m 2 și o lungime de 1 m va avea o conductivitate de 6.30.10 7 siemens sau A/V. Aceasta, la rândul său, înseamnă că dacă aplicăm o diferență de potențial electric constantă de 1 V între cele două fețe ale conductorului, se va genera un curent electric de 6.30.10 7 amperi.
Conductibilitatea exprimată în acest fel este greu de vizualizat, deoarece nu este obișnuit să luați un bloc de argint pur de 1 m 3 și să îl folosiți ca conductor electric. În schimb, este mai convenabil să se exprime conductivitatea în termeni de Sm/ mm2 . În aceste unități, conductivitatea argintului este de 63,0 Sm/mm 2 . Acest lucru implică faptul că, dacă aplicăm o tensiune de 1 V pe un conductor de argint care are 1 m lungime și are o secțiune transversală de 1 mm 2 , se va genera un curent de 63,0 amperi.
Argint, cupru, aur și aluminiu ca conductori electrici
Un calcul simplu din datele din tabelul de mai sus arată că argintul are o conductivitate cu 5,7% mai mare decât cuprul, cu 39,4% mai mare decât aurul și cu 67,1% mai mare decât aluminiul. Cu toate acestea, aceste trei elemente sunt folosite mult mai frecvent în aplicații electrice decât argintul. De fapt, argintul este rar folosit ca conductor electric, în ciuda faptului că este elementul care conduce cel mai bine electricitatea.
Motivele din spatele acestui lucru sunt simple. În primul rând, cuprul este un metal mult mai ieftin decât argintul, în timp ce este doar puțin mai puțin conductiv. Din acest motiv, este mult mai logic să folosiți cuprul în electronică și cablarea clădirilor, mai degrabă decât argint, deoarece creșterea conductibilității nu justifică creșterea impresionantă a prețului.
Acest lucru este și mai adevărat în cazul aluminiului, care este folosit și mai frecvent și în cantitate mai mare decât cuprul, mai ales în liniile de înaltă tensiune lungi de kilometri. Aluminiul este mult mai ieftin și mai ușor de produs decât cuprul și este, de asemenea, mai ușor și mai rezistent la coroziune. Dacă comparăm un conductor de cupru cu un conductor de aluminiu cu aria secțiunii transversale de două ori mai mare, conductanța conductorului de aluminiu este de peste două ori mai mare decât a celui de cupru (conduce mai bine electricitatea), prețul său este tot mai mic (aproximativ 40% mai ieftin) și, în plus, este cu 40% mai ușor. Toate aceste caracteristici fac din aluminiu, în ciuda situației pe locul patru la conductivitate, un conductor mai potrivit decât argintul și cuprul în multe aplicații.
Pe de altă parte, aurul este un metal prețios mult mai scump decât argintul, este un conductor electric mai rău și este mult mai dens sau mai greu. Merită să ne întrebăm, atunci, de ce aurul este folosit mai des ca conductor electric decât argintul? Motivul are de-a face cu proprietățile chimice ale aurului. Pe lângă faptul că este un metal prețios, aurul este și un metal nobil.foarte rezistent la coroziune. Acest lucru îl face materialul perfect pentru fabricarea contactelor electrice în aplicații precum echipamente informatice, dispozitive mobile etc. Argintul, in schimb, capata rapid o patina la suprafata sa atunci cand vine in contact cu aerul, datorita oxidarii atomilor de suprafata. Acest lucru îi reduce conductivitatea, făcând acest metal nepotrivit pentru acest tip de aplicație.
Grafenul este un conductor mai bun decât argintul
Dacă vorbim despre conductivitatea elementelor pure, există un element care le bate pe toate celelalte și, curios, nu este argintul. Este vorba despre carbon. Cu toate acestea, nu vorbim despre orice carbon precum cel pe care l-am putea găsi în mod natural, ci despre o formă foarte specială de carbon numită grafen.
Grafenul este un alotrop foarte particular al carbonului. Este o rețea hexagonală de atomi de carbon sp 2 hibridizați cu o grosime de un atom. Este format dintr-unul dintre straturile de atomi de carbon care formează alotropul grafitului. Avand o grosime de numai un atom, acest tip de material se numeste cristal bidimensional si poseda proprietati fizice unice, inclusiv cea mai mare conductivitate electrica cunoscuta.
În unele laboratoare, au fost raportate conductivități de ordinul 8,0,10 7 S/m pentru grafen, care este cu 27% mai mare decât conductivitatea argintului, făcând din grafen și, prin urmare, carbonul, elementul care conduce cel mai bine electricitatea .
În ciuda celor de mai sus, faptul că această conductivitate corespunde probelor nanometrice de material în loc de volume macroscopice ale elementului, poate fi inadecvat să se compare această conductivitate cu cea a altor metale, care au fost măsurate pentru fiecare element din probele macroscopice. La această scară, o nouă formă a altui element se poate dovedi a fi un conductor mai bun chiar și decât grafenul. Din acest motiv, pentru moment, putem lăsa medalia de aur pe seama argintului.
Referințe
10 Materiale conductoare electric . (2022). Cabluri și conductoare electrice. https://cablesyconductores.com/materiales-conductores-de-electricidad/
Global, B. (2022, 12 ianuarie). Conductorii pe bază de grafen pot concura cu cuprul în ceea ce privește conductivitatea electrică? Bosch Global. https://www.bosch.com/stories/can-graphene-compete-with-copper-in-electrical-conductivity/
Orendain, S. (2020, 11 august). Care este cel mai bun conductor de electricitate? Circuite gata. https://circuitoslistos.com/cual-es-el-mejor-conductor-de-electricidad/
Pastor, J. (2014, 7 februarie). Grafenul conduce electricitatea chiar mai bine decât sugerează teoria . Xataka. https://www.xataka.com/investigacion/el-grafeno-conduce-la-electricidad-aun-mejor-de-lo-que-apuntaba-la-teoria
Rizwan, A. (2021, 3 septembrie). De ce argintul este un bun conductor de electricitate? Biomadam. https://www.biomadam.com/why-silver-is-good-conductor-of-electricity
Argintul este cel mai bun conductor de căldură și electricitate.(a) Adevărat(b) Fals . (2020, 14 august). Vedanthu. https://www.vedantu.com/question-answer/silver-is-the-best-conductor-of-heat-and-class-10-chemistry-cbse-5f363d6ff224761096d481fb
De ce argintul este cel mai bun conductor de electricitate? (2016, 16 noiembrie). Schimb de stivă de fizică. https://physics.stackexchange.com/questions/293019/why-is-silver-the-best-conductor-of-electricity
