Come agisce la gomma come isolante elettrico?

Kanyakumari, Tamil Nadu

Molti dei materiali che usiamo abitualmente sono conduttori elettronici, cioè i portatori di carica elettrica, quando conducono, sono elettroni.

La conduttività elettrica di questi materiali è dovuta al movimento guidato di elettroni liberi nella loro matrice sotto l’influenza di un potenziale elettrico applicato.

Il comportamento elettrico di molti materiali sul perché alcuni sono buoni conduttori, alcuni sono semiconduttori e altri isolanti, è ora ben spiegato sulla base della ‘Teoria delle Bande’.

Afferma che le sostanze, in cui le molecole hanno solo forti legami covalenti (sigma) o molecole con legami deboli (pi) non sovrapposti, avrebbero la maggior parte dei loro elettroni nella cosiddetta ‘banda di valenza’ di bassa energia, non lasciando elettroni per la successiva banda di energia superiore, ‘banda di conduzione’, e che tali materiali servirebbero come isolanti elettrici.

Gomme, plastiche, vetri, legno secco, oli, ecc. sono isolanti per questo motivo.

La gomma ha il vantaggio aggiuntivo della flessibilità meccanica e può essere disegnata in forme, come guanti, borse e altre forme richieste di isolanti elettrici.

Le gomme naturali e quelle sintetiche di routine sono essenzialmente polimeri di una materia prima, l’isoprene, che è chimicamente 2-metil-1,3-butadiene, (con una struttura di CH{-2}=(CH{-3})CH-CH=CH{-2}. La presenza di legami singoli e doppi, alternativamente in una molecola, come nell’isoprene, è chiamata “coniugazione”.

Le molecole coniugate che possiedono legami pi nelle loro posizioni 1,3,5,…o nelle posizioni 2,4,6,…posizioni mostrano risonanza, in cui gli Zwitters (entità con cariche sia positive che negative che coesistono in due posizioni) si formano per sovrapposizione di legami pi.

Così, l’isoprene che ha legami pi sovrapposti (alternati) e sarebbe un buon conduttore se condensato, come tale. Tuttavia, quando viene trasformato in gomma, la metà dei legami pi greco delle molecole di isoprene vengono trasformati in forti legami sigma intermolecolari (polimerici) per formare una catena meccanicamente flessibile ma elettricamente rigida.

Così, nella gomma, i legami pi non sono in posizioni alternative come 1,3,5,…o come 2,4,6,…. ma come 2,6,10,…. o come 1,5,9…. Questo tipo di conversione di legami pi altrimenti sovrapposti in legami sigma e legami pi non sovrapposti, provoca un enorme divario energetico tra la banda di valenza e la banda di conduzione e quindi risulta nel riempimento di tutti gli elettroni di legame nella sola banda di valenza senza elettroni liberi disponibili nella banda di conduzione.

Quando i potenziali elettrici (ordinari) sono applicati alle estremità opposte di tale gomma, gli elettroni della banda di valenza sono difficilmente elevati nella banda di conduzione e quindi nessun flusso di carica elettrica è possibile attraverso la matrice di gomma. È così che la gomma agisce come un isolante elettrico.

Dipartimento di Chimica

Istituto Nazionale di Tecnologia Warangal

Warangal, Andhra Pradesh