Jak funguje pryž jako elektrický izolant?

Kanyakumari, Tamil Nadu

Mnoho z běžných materiálů, které používáme, jsou elektronické vodiče, což znamená, že nositeli elektrického náboje při jejich vedení jsou elektrony.

Elektrická vodivost těchto materiálů je způsobena řízeným pohybem volných elektronů v jejich matrici vlivem přiloženého elektrického potenciálu.

Elektrické chování mnoha materiálů, proč jsou některé z nich dobrými vodiči, jiné polovodiči a další izolanty, je dnes dobře vysvětleno na základě „pásové teorie“.

Uvádí, že látky, v nichž mají molekuly pouze silné kovalentní (sigma) vazby nebo molekuly s nepřekrývajícími se slabými (pi) vazbami, by měly většinu svých elektronů v takzvaném „valenčním pásmu“ s nižší energií a nezbývaly by žádné elektrony pro další pásmo s vyšší energií, „pásmo vedení“, a že takové materiály by sloužily jako elektrické izolanty.

Pryž, plasty, skla, suché dřevo, oleje atd. jsou z tohoto hlediska izolátory.

Pryž má navíc výhodu mechanické pružnosti a lze ji vytahovat do tvarů, jako jsou rukavice, pytle a další požadované formy elektrických izolátorů.

Přírodní a běžné syntetické kaučuky jsou v podstatě polymery suroviny, izoprenu, což je chemicky 2-methyl-1,3-butadien, (se strukturou CH{-2}=(CH{-3})CH-CH=CH{-2}. Přítomnost jednoduchých a dvojitých vazeb střídavě v molekule, jako je tomu u isoprenu, se nazývá „konjugace“.

Konjugované molekuly mající vazby pí v polohách 1,3,5,… nebo v polohách 2,4,6,….polohách vykazují rezonanci, při níž se překrýváním vazeb pí vytvářejí zwitery (entity s plusovými i minusovými náboji koexistujícími na dvou místech).

Tak isopren, který má překrývající se (střídající se) vazby pí a byl by dobrým vodičem, kdyby byl kondenzován, jako takový. Při výrobě kaučuku se však polovina vazeb pí molekul isoprenu přizpůsobí mezimolekulárním (polymerním) silným vazbám sigma, aby se spletly do mechanicky pružných, ale elektricky tuhých řetězců.

V kaučuku tedy nejsou vazby pi v alternativních polohách jako 1,3,5,… nebo jako 2,4,6,….ale jako 2,6,10,….nebo jako 1,5,9….. Tento druh přeměny jinak se překrývajících vazeb pí na vazby sigma a nepřekrývající se vazby pí způsobuje obrovskou energetickou mezeru mezi valenčním a vodivostním pásem, a tím vede k zaplnění všech vazebných elektronů pouze ve valenčním pásu bez volných elektronů ve vodivostním pásu.

Při přiložení (běžných) elektrických potenciálů na protilehlých koncích takové pryže jsou elektrony valenčního pásu jen stěží vyzdviženy do vodivostního pásu, a proto není možný žádný tok elektrického náboje přes pryžovou matrici. Tak se pryž chová jako elektrický izolant.

Oddělení chemie

Národní technologický institut Warangal

Warangal, Andhra Pradesh

.