Electroquimica

OBJETIVO

El alumno construirá un circuito eléctrico para comprobar la conductividad eléctrica de materiales y de sustancias.

1.- FUNDAMENTO

La conductividad eléctrica es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de la corriente eléctrica a través de sí. También es definida como la propiedad natural característica de cada cuerpo que representa la facilidad con la que los electrones pueden pasar por él. La corriente eléctrica es una corriente de electrones que atraviesa un material. Algunos materiales como los conductores tienes electrones libres que pasan con facilidad de un átomo a otro. Estos electrones libres si se mueven en una misma dirección conforme saltan de un átomo a otro se vuelven en conjunto una corriente eléctrica. Para lograr que este movimiento de electrones se produzca en un sentido o dirección es necesaria una fuente de energía externa.

Cuando se coloca un material eléctricamente neutro entre dos cuerpos cargados con diferente potencial (tienen diferente carga), los electrones se moverán desde el cuerpo con potencial más negativo hacia el cuerpo con potencial más negativo [1]

1.1 CUESTIONARIO

1. En términos de la teoría de bandas, ¿qué diferencia hay entre un conductor y un aislante? ¿Entre un conductor y un semiconductor? Nota: bandas se refiere a grupos orbitales.

R=La teoría de bandas está basada en la mecánica cuántica y procede de la teoría de los orbitales moleculares (TOM). En esta teoría, se considera el enlace metálico como un caso extremo del enlace covalente, en el que los electrones de valencia son compartidos de forma conjunta y simultánea por todos los cationes. Desaparecen los orbitales atómicos y se forman orbitales moleculares con energías muy parecidas, tan próximas entre ellas que todos en conjunto ocupan lo que se franja de denomina una “banda de energía”. La banda ocupada por los orbitales moleculares con los electrones de valencia se llama banda de valencia, mientras que la banda formada por los orbitales moleculares vacíos se llama banda de conducción. A veces, ambas bandas se solapan energéticamente hablando.

Este modelo explica bastante bien el comportamiento eléctrico no solo de las sustancias conductoras sino también de las semiconductoras y las aislantes. En los semiconductores y en los aislantes, la banda de valencia no se solapa con la de conducción. Hay una zona intermedia llamada banda prohibida.

2. ¿Qué sustancia tiene mayor conductividad eléctrica? ¿Y menor conductividad eléctrica? Explique brevemente sus decisiones.

a. Si

b. Ge

c. Ag

d. p4

R=En los semiconductores, como el Silicio o el Germanio, la anchura de la banda prohibida no es muy grande y los electrones con suficiente energía cinética pueden pasar a la banda de conducción, por esa razón son semiconductores. La plata es el segundo mejor conductor de electricidad, esto se debe a que posee un electrón en su último orbital Los podemos clasificar por su capacidad de conducción, el que tiene, un solo electrón, y en la órbita más alejada del núcleo, más alta. [2]

Investigue:

a) Cuáles son las propiedades eléctricas de los materiales conductores eléctricos.

Conductores eléctricos. Son los materiales que, puestos en contacto con un cuerpo cargado de electricidad, transmiten ésta a todos los puntos de su superficie. Los mejores conductores eléctricos son los metales y sus aleaciones como la plata, el cobre, aluminio, Aleaciones de cobre y níquel, Aleación de cromo y níquel entre otros, son buenos conductores de la electricidad ya que al analizar la composición electrónica estos elementos en su ultima capa electrónica tienen únicamente uno, dos o tres electrones por lo que se requiere muy poca energía para que los electrones de la ultima capa "brinquen" de un átomo a otro estableciéndose así una corriente eléctrica.

Existen otros materiales, no metálicos, que también poseen la propiedad de conducir la electricidad, como son el grafito, las soluciones salinas (por ejemplo, el agua de mar) y cualquier material en estado de plasma.

La conductividad eléctrica es una propiedad vinculada a la corriente eléctrica que puede fluir por un material cuando este está sometido a un campo eléctrico.

b) Describa los tipos de conductores eléctricos que existen.

c) Los conductores eléctricos son materiales que presentan una resistencia baja al paso de la electricidad. Existen distintos tipos de conductores, que pueden dividirse en dos grandes grupos:

1. De alta conductividad:

Plata: este es el material con menor resistencia al paso de la electricidad pero al ser muy costoso, su uso es limitado. Este material se caracteriza por ser muy dúctil, maleable y no muy duro y fácil de soldar. Es utilizado en fusibles para cortocircuitos eléctricos porque es muy preciso en la fusión, es inoxidable y posee una conductividad sumamente alta.

Cobre: este es el conductor eléctrico más utilizado ya que es barato y presenta una conductividad elevada. Se caracteriza por ser dúctil y maleable, sencillo de estañar y soldar y es muy resistente a la tracción. Para mejorar sus cualidades mecánicas, el cobre es fusionado con bronce y estaño.

Aluminio: este ocupa el tercer puesto por su conductividad. Su conductividad representa un 63% de la del cobre pero a igualdad de peso y longitud su conductancia es del doble. Se caracteriza por no ser muy resistente a la tracción, ser más blando que el cobre y no es fácil de soldar. A pesar de esto, al ser dúctil permite ser trabajado por estirado, laminado, forjado, hilado y extrusión. Para mejorar la resistencia mecánica del aluminio se le agrega magnesio, hierro o silicio.

2. De alta resistividad:

...