¿Por qué es el metal conductor y el aislante de material polimérico?

Por Terence Bell

Actualizado 08 de octubre de 2017

La conductividad eléctrica en metales es el resultado del movimiento de partículas cargadas eléctricamente.

Los átomos de los elementos metálicos se caracterizan por la presencia de electrones de valencia, electrones en la capa externa de un átomo que son libres de moverse. Son estos ‘electrones libres’ los que permiten que los metales conduzcan una corriente eléctrica.

Debido a que los electrones de valencia son libres de moverse, pueden viajar a través de la red que forma la estructura física de un metal. ¿Qué hace que los metales sean conductores?

No existe un aislante perfecto, porque incluso los aisladores contienen pequeñas cantidades de cargos móviles (operadores de carga) que pueden transportar corriente. Además, todos los aisladores se vuelven eléctricamente conductores cuando se aplica un voltaje suficientemente grande que el campo eléctrico separa los electrones de los átomos. Esto se conoce como el voltaje de ruptura de un aislante. Algunos materiales como el vidrio, el papel y el teflón, que tienen una alta resistividad, son muy buenos aislantes eléctricos. Una clase mucho más grande de materiales, a pesar de que pueden tener una resistividad aparente más baja, siguen siendo lo suficientemente buenos como para evitar que una corriente significativa fluya a los voltajes normalmente utilizados, y por lo tanto se emplean como aislamiento para el cableado y los cables eléctricos. Los ejemplos incluyen polímeros similares al caucho y la mayoría de los plásticos que pueden ser de naturaleza termoestable o termoplástica. Aislador (electricidad) – Wikipedia

La conductividad es la medida de la facilidad con la que una carga eléctrica o calor puede pasar a través de un material. Un conductor es un material que da muy poca resistencia al flujo de una corriente eléctrica o energía térmica. Los materiales se clasifican como metales, semiconductores y aislantes. Los metales son los más conductores y los aislantes (cerámica, madera, plásticos) los menos conductores.

La conductividad eléctrica nos dice qué tan bien un material permitirá que la electricidad viaje a través de él. Mucha gente piensa en los cables de cobre como algo que tiene una gran conductividad eléctrica.

La conductividad térmica nos dice la facilidad con la que la energía térmica (calor para la mayoría de los propósitos) puede moverse a través de un material. Algunos materiales como los metales permiten que el calor los atraviese con bastante rapidez. Imagine que con una mano toca un trozo de metal y con la otra, un trozo de madera. ¿Qué material se sentiría más frío? Si dijeras “metal”, estarías en lo correcto. Pero, de hecho, ambos materiales tienen la misma temperatura. Esta es la conductividad térmica relativa. El metal tiene una mayor capacidad de transferencia de calor, o conductividad térmica, que la madera, lo que permite que el calor de su mano se vaya más rápido. Si desea mantener algo frío, la mejor idea es envolverlo en algo que no tenga una alta capacidad de transferencia de calor o alta conductividad térmica, este sería un aislante. La cerámica y los polímeros suelen ser buenos aislantes, pero hay que recordar que los polímeros suelen tener una temperatura de fusión muy baja. Eso significa que si está diseñando algo que se calentará mucho, el polímero podría derretirse, dependiendo de su temperatura de fusión Conductividad

La conductividad, o la falta de ella, tiene que ver con la movilidad de los electrones de un material. Los metales tienen una forma cristalina a nivel molecular; Una formación reticular en la que los electrones más externos de cada átomo están unidos de forma bastante flexible. Eso permite que los electrones se desplacen de un átomo a otro con la aplicación de una fuerza relativamente pequeña, y hace que el material sea conductor.

En otros materiales, como los polímeros, las moléculas se mantienen unidas por electrones compartidos que forman fuertes enlaces covalentes. Dado que los electrones están firmemente sujetos, se requiere una gran fuerza para moverlos de una molécula a otra, y eso los hace aislantes (no conductores).

Los electrones en las capas externas de los átomos son compartidos por los átomos vecinos en los metales, esto les permite moverse y conducir electricidad (y calor). Los electrones en muchos polímeros no pueden moverse libremente (están unidos a átomos específicos), por lo tanto, esos polímeros son aislantes (hay otros polímeros que conducen la electricidad, aunque no tan bien como el cobre o la plata).