Como a borracha age como isolante elétrico?

Kanyakumari, Tamil Nadu

Muitos dos materiais habituais que usamos são condutores eletrônicos, o que significa que os portadores de carga elétrica, quando eles conduzem, são elétrons.

A condutividade eléctrica destes materiais deve-se ao movimento guiado dos electrões livres na sua matriz, na influência de um potencial eléctrico aplicado.

O comportamento eléctrico de muitos materiais quanto ao porquê de alguns serem bons condutores, alguns serem semicondutores e outros isoladores, é agora bem explicado com base na ‘Teoria da Banda’.

Afirma que as substâncias, nas quais as moléculas têm apenas fortes ligações covalentes (sigma) ou moléculas com ligações fracas (pi) não sobrepostas, teriam a maioria dos seus electrões na chamada ‘banda de valência’ de menor energia, não deixando nenhum electrão para a próxima banda de energia superior, ‘banda de condução’, e que tais materiais serviriam como isoladores eléctricos.

Rubbers, plásticos, vidros, madeira seca, óleos, etc. são isoladores nesta contagem.

Rubber tem vantagem adicional de flexibilidade mecânica e pode ser desenhado em formas, tais como luvas, bolsas, e outras formas necessárias de isoladores elétricos.

As borrachas naturais e sintéticas de rotina são, essencialmente polímeros de uma matéria prima, o isopreno, que é quimicamente 2-metil-1,3-butadieno, (com uma estrutura de CH{-2}=(CH{-3})CH-CH=CH{-2}. A presença de ligações simples e duplas, alternativamente numa molécula, como no isopreno, é chamada, ‘conjugação’.

Moléculas conjugadas possuindo ligações pi nas suas 1,3,5,…posições ou em 2,4,6,…posições exibem ressonância, na qual Zwitters (entidades com cargas mais e menos coexistentes em dois locais) formam por sobreposição de ligações pi.

Assim, isopreno que tem ligações pi sobrepostas (alternadas) e seria um bom condutor se condensado, como tal. No entanto, quando transformado em borracha, metade das ligações pi das moléculas de isopreno são adaptadas em ligações intermoleculares (poliméricas) fortes sigma para tricotar em uma cadeia mecanicamente flexível, mas eletricamente rígida.

Assim, na borracha, as ligações de pi não estão em posições alternativas como 1,3,5,…ou como 2,4,6,….mas como 2,6,10,…. ou como 1,5,9…. Este tipo de conversão de pi bonds, de outra forma sobrepostos, em pi bonds sigma e pi bonds não sobrepostos, causa uma enorme lacuna de energia entre a banda de valência e a banda de condução, resultando assim no enchimento de todos os elétrons de ligação na banda de valência sozinha, sem elétrons livres disponíveis na banda de condução.

Quando os potenciais eléctricos (normais) são aplicados nas extremidades opostas de tal borracha, os electrões da banda de valência dificilmente são elevados na banda de condução e por isso não é possível o fluxo de carga eléctrica através da matriz de borracha. É assim que a borracha age como um isolante elétrico.

Departamento de Química

Instituto Nacional de Tecnologia Warangal

Warangal, Andhra Pradesh