¿Cómo actúa el caucho como aislante eléctrico?

Kanyakumari, Tamil Nadu

Muchos de los materiales habituales que utilizamos son conductores electrónicos, lo que significa que los portadores de carga eléctrica, cuando conducen, son electrones.

La conductividad eléctrica de estos materiales se debe al movimiento guiado de electrones libres en su matriz en la influencia de un potencial eléctrico aplicado.

El comportamiento eléctrico de muchos materiales en cuanto a por qué algunos son buenos conductores, otros son semiconductores y otros aislantes, está ahora bien explicado en base a la ‘Teoría de Bandas’.

Dice que las sustancias, en las que las moléculas tienen sólo enlaces covalentes fuertes (sigma) o moléculas con enlaces débiles no superpuestos (pi), tendrían la mayoría de sus electrones en la llamada, ‘banda de valencia’ de menor energía, no dejando electrones para la siguiente banda de mayor energía, ‘ banda de conducción’, y que tales materiales servirían como aislantes eléctricos.

Los cauchos, los plásticos, los vidrios, la madera seca, los aceites, etc. son aislantes en este sentido.

El caucho tiene la ventaja adicional de la flexibilidad mecánica y puede ser dibujado en formas, tales como guantes, bolsas, y otras formas requeridas de aislantes eléctricos.

Los cauchos naturales y los sintéticos habituales son, esencialmente, polímeros de una materia prima, el isopreno, que es químicamente 2-metil-1,3-butadieno, (con una estructura de CH{-2}=(CH{-3})CH-CH=CH{-2}. La presencia de enlaces simples y dobles, alternativamente en una molécula, como en el isopreno, se llama «conjugación».

Las moléculas conjugadas que poseen enlaces pi en sus posiciones 1,3,5,…o en 2,4,6,…posiciones presentan resonancia, en la que se forman Zwitters (entidades con cargas positivas y negativas que coexisten en dos lugares) por superposición de enlaces pi.

Así, el isopreno que tiene enlaces pi superpuestos (alternados) y sería un buen conductor si se condensara, como tal. Sin embargo, cuando se convierte en caucho, la mitad de los enlaces pi de las moléculas de isopreno se adaptan en enlaces sigma intermoleculares (poliméricos) fuertes para tejer una cadena mecánicamente flexible pero eléctricamente rígida.

Así, en el caucho, los enlaces pi no están en posiciones alternativas como 1,3,5,…o como 2,4,6,….sino como 2,6,10,….o como 1,5,9…. Este tipo de conversión de los enlaces pi, que de otra manera se superpondrían, en enlaces sigma y enlaces pi no superpuestos, provoca una enorme brecha de energía entre la banda de valencia y la banda de conducción y, por lo tanto, resulta en el llenado de todos los electrones de enlace sólo en la banda de valencia, sin electrones libres disponibles en la banda de conducción.

Cuando se aplican potenciales eléctricos (ordinarios) en los extremos opuestos de dicho caucho, los electrones de la banda de valencia apenas se elevan a la banda de conducción y, por tanto, no es posible el flujo de carga eléctrica a través de la matriz de caucho. Así es como el caucho actúa como un aislante eléctrico.

Departamento de Química

Instituto Nacional de Tecnología Warangal

Warangal, Andhra Pradesh