Conducibilità elettrica

Elettrostatica

Conduttori e isolanti

Legame chimico dei conduttori e degli isolanti

Una bacchetta di vetro, strofinata su un panno di lana, e accostata al pendolino elettrico per un estremo, ne attira la pallina soltanto nel punto in cui l’elettricità è localizzata. Essa non si trasmette per tutta la lunghezza della bacchetta. Tutti i corpi che si comportano in questo modo sono detti isolanti, coibenti o dielettrici, come il vetro, l’ebanite, le resine, lo zolfo, il quarzo, la paraffina, la porcellana, la seta, la lana, il petrolio ecc. Le bacchette metalliche, tenute per la mano, se strofinate, non acquistano la proprietà di attirare la pallina del pendolino, cioè non si elettrizzano. Anch’esse acquistano la proprietà di attrarre il pendolino, ponendo invece, per la loro tenuta, un manico di materiale isolante ed elettrizzandole: l’elettricità, sviluppata in un punto, si propaga istantaneamente per tutta la bacchetta. I metalli sono detti conduttori e così pure il carbone, il mercurio, le soluzioni acquose di acidi e sali, le piante, il corpo umano, ecc. La terra è un conduttore. Qualsiasi corpo elettrizzato, messo in contatto con la terra si scarica, cedendole la sua elettricità. Per questa ragione le bacchette metalliche, tenute in mano senza manico isolante, non si elettrizzano poiché l’elettrizzazione per strofinio si trasmette per il nostro corpo alla terra. Tutti i corpi si elettrizzano per strofinio. Due corpi, strofinati, assumono quantità di elettricità numericamente uguali, ma di segno contrario. Il diverso comportamento elettrico dei conduttori e isolanti dipende dal legame chimico, cioè dalle forze di Coulomb che si esercitano fra i nuclei e gli elettroni.

Gli atomi degli elementi che hanno tendenza a perdere uno o più elettroni, formando ioni positivi si chiamano metalli. Quelli degli elementi che hanno tendenza ad acquistare elettroni formano ioni negativi e si chiamano metalloidi. I cristalli ionici sono isolanti oppure hanno debolissima conducibilità, poiché un cristallo reale non è mai perfetto. Il legame ionico si ha nei sali. Nel sale da cucina (NaCl), per es., il sodio (Na) è un metallo monovalente e il cloro (Cl) un metalloide monovalente. Per questo un atomo neutro di Na, alla presenza di un atomo neutro di Cl perde un elettrone e si unisce all’atomo di cloro, formando un cristallo: il cloruro di sodio. In essa le cariche di segno opposte (Na⁺ e Cl^-) riempiono gli strati elettronici e per questo non esistono cariche libere anche per effetto delle forze esercitate dai nuclei. Il legame covalente è tipico delle sostanze organiche, che allo stato solido formano i cristalli molecolari, ottimi isolanti allo stato puro. Gli elementi carbonio, silicio, germanio, ecc. creano questo tipo di legame. In esso quattro elettroni di valenza si legano con altri quattro atomi, scambiandosi ininterrottamente a due a due. Il carbonio allo stato di diamante è sempre isolante. I cristalli di silicio e germanio sono isolanti solamente nel caso in cui sono molto puri e se tenuti a bassa temperatura. A temperatura ambiente invece alcuni elettroni si staccano dalle loro coppie di atomi e si liberano nel cristallo, che diventa debolmente conduttore ed è definito semiconduttore. Il legame metallico è tipico dei metalli alcalini e nobili, tutti monovalenti. Questi cristalli hanno nello strato più esterno un solo elettrone, che negli elementi allo stato solido si stacca dall’atomo. Nel reticolo cristallino perciò si muove quasi liberamente un gas di elettroni. Stabilendo una differenza di potenziale, questi elettroni, detti di conduzione, creano un passaggio di corrente elettrica.(Elettrocinetica)