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In termini di capacità di condurre elettricità, i materiali possono essere ampiamente suddivisi in materiali conduttori, semiconduttori e isolanti o dielettrici. Come suggerisce il nome, un conduttore elettrico è qualsiasi materiale in grado di condurre elettricità quando è collegato a una differenza di potenziale o quando è sottoposto all’azione di un campo elettrico.
La capacità di condurre l’elettricità è una proprietà caratteristica dei metalli. Infatti, la stragrande maggioranza dei migliori conduttori sono elementi metallici. Tuttavia, un allotropo molto speciale del carbonio è in grado di competere anche con il metallo più conduttivo dell’intera tavola periodica.
Come si misura la capacità di un materiale di condurre elettricità?
La capacità di un materiale di condurre elettricità è misurata dalla conduttività elettrica. Questa è una proprietà intensiva della materia che rappresenta la conduttanza di un conduttore di unità di lunghezza e sezione trasversale. Essendo una proprietà intensiva, non dipende dalle dimensioni o dalla forma del conduttore ma solo dal materiale di cui è composto. Per questo motivo, se vogliamo confrontare gli elementi in base alla loro capacità di condurre elettricità, è sufficiente confrontare le loro conducibilità.
A seconda della conduttività di un materiale, può essere classificato come conduttore, semiconduttore e isolante. La tabella seguente mostra gli intervalli di conducibilità per ogni tipo di materiale:
| Tipo di materiale | Intervallo tipico di conducibilità (S/m) |
| Autista | 10 2 – 10 8 |
| Semiconduttore | 10 -6 – 10 -4 |
| Isolante | 10-19 – 10-11 _ |
Sapendo quali valori di conducibilità caratterizzano i conduttori, la tabella seguente mostra un elenco ordinato delle conducibilità dei 50 elementi della tavola periodica che meglio conducono l’elettricità. Questi valori corrispondono alla conducibilità degli elementi in volume, cioè in quantità macroscopiche.
| Elemento | simbolo chimico | Conducibilità elettrica (σ.m/S) a 20°C (293K) | Tipo di materiale |
| Argento | agosto | 6,30.10 7 | Autista |
| Rame | cu | 5,96,10 7 | Autista |
| Oro | OH | 4,52.10 7 | Autista |
| Alluminio | Al | 3,77,10 7 | Autista |
| Calcio | AC | 2.98.10 7 | Autista |
| Berillio | Essere | 2,81.10 7 | Autista |
| Rodio | Rh | 2,33.10 7 | Autista |
| Magnesio | mg | 2,28.10 7 | Autista |
| iridio | Andare | 2.13.10 7 | Autista |
| Sodio | n / a | 2,10.10 7 | Autista |
| Tungsteno | W | 1,89,10 7 | Autista |
| Molibdeno | Mo | 1,87,10 7 | Autista |
| Cobalto | Co | 1,79,10 7 | Autista |
| Zinco | Zn | 1,69.10 7 | Autista |
| Cadmio | CD | 1,47.10 7 | Autista |
| Nichel | Nessuno dei due | 1,44.10 7 | Autista |
| Rutenio | ru | 1,41.10 7 | Autista |
| Potassio | K | 1,39.10 7 | Autista |
| indiano | In | 1,25.10 7 | Autista |
| Osmio | Voi | 1,23.10 7 | Autista |
| Litio | Li | 1.08.10 7 | Autista |
| Ferro | Fede | 1.04.10 7 | Autista |
| Platino | pt | 9,52.10 6 | Autista |
| Palladio | P.S | 9,49.10 6 | Autista |
| Lattina | sn | 8,70,10 6 | Autista |
| Cromo | Cr | 8.00.10 6 | Autista |
| Rubidio | rb | 7,81,10 6 | Autista |
| tantalio | Ta | 7,63,10 6 | Autista |
| Stronzio | Sig | 7,58.10 6 | Autista |
| Gallio | Ga | 7,35.10 6 | Autista |
| torio | th | 6,80,10 6 | Autista |
| tallio | tl | 6,67.10 6 | Autista |
| Niobio | N.B | 6,58.10 6 | Autista |
| renio | Rif | 5,81,10 6 | Autista |
| Protoattinio | papà | 5,65.10 6 | Autista |
| Vanadio | v | 5,08.10 6 | Autista |
| Cesio | cs | 4,88,10 6 | Autista |
| Guida | p.p | 4,81.10 6 | Autista |
| Itterbio (290–300 K) | Yb | 4.00.10 6 | Autista |
| Uranio | O | 3,57.10 6 | Autista |
| Afnio | HF | 3.02.10 6 | Autista |
| Bario | Ba | 3.01.10 6 | Autista |
| Antimonio | qb | 2,56.10 6 | Autista |
| Titanio | Voi | 2,56.10 6 | Autista |
| Polonio | Po | 2,50.10 6 | Autista |
| Zirconio | Zr | 2,38.10 6 | Autista |
| Scandio (290–300 K) | sc | 1,78,10 6 | Autista |
| Lutezio (290–300 K) | lu | 1,72.10 6 | Autista |
| Ittrio (290–300 K) | E | 1,68.10 6 | Autista |
| Lantanio (290–300K) | IL | 1,63.10 6 | Autista |
Come si vede, l’elemento che meglio conduce l’elettricità è l’argento (Ag) ed ha una conducibilità di 6.30.10 7 S/m . Ciò significa che un blocco di argento puro con una sezione trasversale di 1 m 2 e una lunghezza di 1 m avrà una conducibilità di 6.30.10 7 siemens o A/V. Questo, a sua volta, significa che se applichiamo una differenza di potenziale elettrico costante di 1 V tra le due facce del conduttore, verrà generata una corrente elettrica di 6.30.10 7 ampere.
La conduttività espressa in questo modo è difficile da visualizzare, poiché non è comune prendere un blocco di 1 m 3 di argento puro e usarlo come conduttore elettrico. È invece più conveniente esprimere la conducibilità in termini di Sm/mm 2 . In queste unità, la conducibilità dell’argento è 63,0 Sm/mm 2 . Ciò implica che se applichiamo una tensione di 1 V su un conduttore d’argento lungo 1 m e con un’area della sezione trasversale di 1 mm 2 , verrà generata una corrente di 63,0 ampere.
Argento, rame, oro e alluminio come conduttori elettrici
Un semplice calcolo dai dati nella tabella sopra rivela che l’argento ha una conduttività superiore del 5,7% rispetto al rame, del 39,4% superiore all’oro e del 67,1% superiore all’alluminio. Tuttavia, questi tre elementi sono usati molto più frequentemente nelle applicazioni elettriche rispetto all’argento. L’argento, infatti, è raramente utilizzato come conduttore elettrico pur essendo l’elemento che meglio conduce l’elettricità.
Le ragioni alla base di questo sono semplici. Per prima cosa, il rame è un metallo molto più economico dell’argento, pur essendo solo leggermente meno conduttivo. Per questo motivo, ha molto più senso utilizzare il rame nell’elettronica e nel cablaggio degli edifici piuttosto che l’argento, poiché l’aumento della conduttività non giustifica l’impressionante aumento del prezzo.
Ciò è ancora più vero nel caso dell’alluminio, utilizzato ancora più frequentemente e in quantità maggiore rispetto al rame, soprattutto nelle linee ad alta tensione lunghe chilometri. L’alluminio è molto più economico e facile da produrre rispetto al rame, ed è anche più leggero e più resistente alla corrosione. Se confrontiamo un conduttore di rame con un conduttore di alluminio con sezione doppia, la conduttanza del conduttore di alluminio è più del doppio di quella di rame (conduce meglio l’elettricità), il suo prezzo è ancora inferiore (circa un 40% più economico) e, inoltre, è più leggero del 40%. Tutte queste caratteristiche rendono l’alluminio, nonostante sia al quarto posto per conducibilità, un conduttore più adatto dell’argento e del rame in molte applicazioni.
D’altra parte, l’oro è un metallo prezioso molto più costoso dell’argento, è un conduttore elettrico peggiore ed è molto più denso o più pesante. Vale la pena chiedersi, allora, perché l’oro è usato più frequentemente come conduttore elettrico rispetto all’argento? Il motivo ha a che fare con le proprietà chimiche dell’oro. Oltre ad essere un metallo prezioso, l’oro è anche un metallo nobile.molto resistente alla corrosione. Questo lo rende il materiale perfetto per la produzione di contatti elettrici in applicazioni come apparecchiature informatiche, dispositivi mobili, ecc. L’argento, invece, acquista rapidamente una patina sulla sua superficie quando viene a contatto con l’aria, a causa dell’ossidazione degli atomi superficiali. Questo ne riduce la conduttività rendendo questo metallo inadatto a questo tipo di applicazione.
Il grafene è un conduttore migliore dell’argento
Se parliamo di conducibilità degli elementi puri, c’è un elemento che batte tutti gli altri e, curiosamente, non è l’argento. Si tratta di carbonio. Tuttavia, non stiamo parlando di un carbonio qualsiasi come quello che potremmo trovare in natura, ma di una forma molto speciale di carbonio chiamata grafene.
Il grafene è un allotropo molto particolare del carbonio. È un reticolo esagonale di atomi di carbonio ibridati sp 2 spessi un atomo. Consiste in uno solo degli strati di atomi di carbonio che compongono l’allotropo di grafite. Essendo spesso un solo atomo, questo tipo di materiale è chiamato cristallo bidimensionale e possiede proprietà fisiche uniche, inclusa la più alta conduttività elettrica conosciuta.
In alcuni laboratori sono state riportate conducibilità dell’ordine di 8.0.10 7 S/m per il grafene, superiore del 27% alla conducibilità dell’argento, rendendo il grafene, e quindi il carbonio, l’elemento che meglio conduce l’elettricità .
Nonostante quanto sopra, il fatto che questa conducibilità corrisponda a campioni nanometrici di materiale invece che a volumi macroscopici dell’elemento, può essere inappropriato confrontare questa conducibilità con quella di altri metalli, che sono stati misurati per ciascun elemento in campioni macroscopici. Su questa scala, una nuova forma di un altro elemento potrebbe rivelarsi un conduttore migliore persino del grafene. Per questo, per il momento, possiamo lasciare la medaglia d’oro all’argento.
Riferimenti
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Global, B. (2022, 12 gennaio). I conduttori a base di grafene possono competere con il rame nella conduttività elettrica? Bosch globale. https://www.bosch.com/stories/can-graphene-compete-with-copper-in-electrical-conductivity/
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Pastor, J. (7 febbraio 2014). Il grafene conduce l’elettricità anche meglio di quanto suggerito dalla teoria . Xataka. https://www.xataka.com/investigacion/el-grafeno-conduce-la-electricidad-aun-mejor-de-lo-que-apuntaba-la-teoria
Rizwan, A. (2021, 3 settembre). Perché l’argento è un buon conduttore di elettricità? Biomadama. https://www.biomadam.com/why-silver-is-good-conductor-of-electricity
L’argento è il miglior conduttore di calore ed elettricità.(a) Vero(b) Falso . (2020, 14 agosto). Vedantù. https://www.vedantu.com/question-answer/silver-is-the-best-conductor-of-heat-and-class-10-chemistry-cbse-5f363d6ff224761096d481fb
Perché l’argento è il miglior conduttore di elettricità? (2016, 16 novembre). Scambio di stack di fisica. https://physics.stackexchange.com/questions/293019/why-is-silver-the-best-conductor-of-electricity
