Conductores, Aislantes, Semiconductores y superconductores

Diferenciado Química IV Medio Profesora Paola Lorca

Todos los elementos y moléculas tienen propiedades físicas y químicas.

Desde el punto de vista eléctrico, todos los cuerpos simples o compuestos formados por esos elementos se pueden dividir en tres amplias categorías:

Conductores

Aislantes

Semiconductores

Superconductores

¿De qué depende que un material sea conductor, semiconductor ?

Dado que la electricidad no es más que una corriente de electrones en movimiento, los conductores serán los materiales que permitan que los electrones se muevan con mayor libertad.

Los aislantes impiden el flujo de electricidad a lo largo de un material, actuando de hecho como barreras, por la forma en que están unidas sus moléculas.

Los semiconductores, por su parte, están en un punto intermedio entre los otros dos.

Teoría de bandas

Esta teoría explica el comportamiento de los materiales al paso de la corriente.

Banda de Valencia (BV) . Formada por los orbitales atómicos de valencia, es el conjunto de energía que

poseen los electrones de valencia. Banda de Conducción (BC) Formada por los

primeros orbitales atómicos vacíos, es el conjunto de energía que poseen los electrones para desligarse de sus átomos.

Los electrones que estén en esta banda pueden circular por el material si existe una tensión eléctrica que los empuje entre dos puntos.

Conductores son todos aquellos elementos que poseen menos de 4 electrones en la capa de valencia, por lo que su nivel de conductividad es alto.

Semiconductor es aquel que posee 4 electrones en la capa de valencia.

Aislante es el que posee más de 4 electrones en la capa de valencia por lo que su resistencia es grande.

Los físicos Felix Bloch y Louis Marcel propusieron la teoría de bandas para los enlaces que se dan en los sólidos metálicos.

Esto se da a través de la superposición de orbitales atómicos de energía equivalente con los átomos adyacentes.

Si los electrones de un determinado átomo metálico ubicados en las orbitales 1s se mezclaran con los orbitales 1s de los átomos vecinos, como consecuencia de esta mezcla, se formara a lo largo del metal una banda de energía que no pertenece a un átomo en concreto, ahora pertenece a los átomos participantes.

Materiales Conductores

Conductores metálicos:

Son los que tienen una conducción electrónica, pues los portadores de las cargas son electrones libres.

Conductores electrolíticos

Son los que tienen una conducción de tipo iónica, en donde las sustancias se disocian total o parcialmente formando iones positivos o negativos, que son los portadores de cargas.

El paso de la corriente eléctrica se produce en consonancia con un desplazamiento de materia y con una reacción química.

Conductores gaseosos

Son aquellos gases que han sido ionizados, y con ello han adquirido la capacidad de conducir la electricidad.

Si bien no se utilizan con frecuencia, el aire es un gas y es un gran conductor de la electricidad, lo que se evidencia en los rayos y las descargas eléctricas de ese tipo.

Materiales aislantes o dieléctricos

Materiales dieléctricos no conducen la electricidad, por lo que puede ser usado como aislante eléctrico.

A diferencia de los cuerpos metálicos buenos conductores de la corriente eléctrica, existen otros como el aire, la porcelana, la mica, la ebonita, las resinas sintéticas, los plásticos, etc., que ofrecen una alta resistencia a su paso.

Materiales Semiconductores

Elementos que poseen características intermedias entre los cuerpos conductores y los aislantes, por lo que no se consideran ni una cosa, ni la otra.

Bajo determinadas condiciones permiten la circulación de la corriente eléctrica en un sentido, pero no en el sentido contrario.

Esa propiedad se utiliza para rectificar corriente alterna, detectar señales de radio, amplificar señales de corriente eléctrica, funcionar como interruptores o compuertas utilizadas en electrónica digital, etc.

El Silicio (Si) es un elemento semiconductor muy utilizado.

Los Mejores

Podemos observar que la

Plata es la que opone

menor resistencia, pero

al ser un metal precioso

no es muy utilizado, por

lo que el Cobre toma su

lugar en aplicaciones

tecnológicas.

SUPERCONDUCTORES

Un superconductor tiene dos características esenciales.

Por debajo de una temperatura crítica característica (Tc), dependiente de la naturaleza y estructura del material, los superconductores exhiben resistencia cero al flujo de electricidad y pueden expulsar el flujo magnético de su interior, dando lugar al fenómeno de levitación magnética.

Este fenómeno inusual ocurre debido a la interacción de los electrones con los iones de la red cristalina, de manera similar a lo que ocurre si tiramos dos bolas de bowling sobre un colchón: tarde o temprano, las bolas se “pegan” porque esa es la configuración que disminuye la energía de los resortes del colchón.

La atracción que experimentan los electrones hace que se organicen colectivamente de a pares, y esos pares “condensan” en una única función de onda colectiva de todos los electrones. Es decir, en lugar de comportarse de manera individual y errática, los electrones en un superconductor se comportan como un único objeto cuántico, coherente e inmune a la presencia de impurezas.

Aplicación superconductividad

El Maglev japonés, el tren bala más rápido del mundo

Tomógrafos de resonancia magnética nuclear

Aplicaciones de la superconductividad

1) La producción de grandes campos magnéticos

2) La fabricación de cables de transmisión de energía.

3) La fabricación de componentes de circuitos electrónicos.

FUTURO Y MEDIO AMBIENTE

El consumo de energía mundial esta en aumento, somos conscientes de que cómo proveer esta energía y cómo distribuirla es una de las principales cuestiones a resolver en la actualidad, sobre todo considerando el cuidado del medio ambiente y la utilización de sus recursos.

Los superconductores prometen un futuro impulso de investigación y desarrollo de tecnologías que traerán múltiples beneficios para el hombre y la ciencia.