Eureka!

Són tres termes que sovint apareixen quan es parla d’electricitat, per comprendre què signifiquen i en quines condicions ens interessarà més un material o un altre haurem de fer un breu repàs a l’estructura dels àtoms i les molècules. En tindrem prou amb conceptes molt simples, amb refrescar els coneixements que ja tenim.

Àtoms i molècules

Un àtom és com un sistema solar en miniatura. El nucli de l’àtom fa el paper de Sol i els electrons el dels planetes, molt més petits, que giren al seu voltant. Els àtoms tenen tants protons (cada un d’ells amb una càrrega positiva) com electrons (cada un d’ells amb una càrrega negativa) de manera que, en conjunt, l’àtom és neutre. Però això només és “en conjunt”, perquè si entrem en detalls veiem que el nucli està carregat positivament perquè hi ha tots els protons (i tots els neutrons, però aquests no tenen càrrega) i a la perifèria hi ha un núvol amb totes les càrregues negatives (els electrons).

Com passa amb els planetes del sistema solar, hi ha electrons que són a prop del nucli de l’àtom i n’hi ha que són lluny. I com passa amb els planetes del sistema solar, la força que manté “lligats” els electrons depèn de la distància al nucli-Sol, el nucli “lliga amb més força” els electrons que té més a prop que no pas els que té més lluny de la mateixa manera que a Mercuri o a la Terra l’atracció gravitatòria del Sol és més forta que a Neptú o a Plutó. A vegades la força que manté els electrons “de més lluny” a l’àtom és prou forta com per fer molt difícil que “s’escapin” i a vegades és tan feble que amb una petita empenta ja “se’n podrien anar”.

Totes les reaccions químiques que creen molècules són fruit d’aquests electrons perifèrics que poden “sortir de l’àtom”. L’estructura d’una molècula pot ser molt complexa, però en elles també hi podem indentificar uns electrons perifèrics que, com passa amb els àtoms, a vegades estan molt lligats a la molècula i a vegades n’estan poc. Quan n’estan poc, aquests electrons poden “sortir de la molècula” i provocar reaccions químiques.

Conductors

Un conductor és un material on la força que manté units els “últims” electrons (els més perifèrics) és tan feble que els perd amb facilitat. Aquesta feblesa ens és molt útil perquè si hi apliquem un camp elèctric, per petit que sigui, no només aconseguirem que els electrons “se’n vagin” sinó que, a més, podem controlar cap on “se n’aniran”. Pensem en què passa als extrem d’un fil de coure, que és un bon conductor, quan connectem un dels seus extrems a un pol positiu i l’altre al pol negatiu. Els electrons dels àtoms que són a prop del pol positiu es desplaçaran cap al pol positiu perquè càrregues de diferent signe s’atreuen. Això farà que l’àtom que ha “perdut” els electrons es quedi amb càrrega positiva, i això farà que els electrons dels seus àtoms veïns hi vagin (i, un cop allí, continuïn cap el pol positiu). Aquest moviment d’electrons provoca una mena de reacció en cadena que fa que fins i tot els àtoms que són lluny del pol positiu perdin els seus electrons perifèrics, perquè se’n van cap un àtom que està més a prop del pol positiu. I això, electrons movent-se en una direcció, és un corrent elèctric, que és possible perquè el material del cable no és capaç de retenir els seus electrons perifèrics. D’això en diem un conductor i és molt útil per transportar electricitat.

Aïllants

A l’altre extrem hi trobem els materials que lliguen tan fort tots els seus electrons, fins i tot els més perifèrics, que cap camp elèctric “normal” és capaç de crear un corrent d’electrons en una direcció. D’aquesta mena de materials en diem aïllants, i ens van molt bé per folrar els cables per on passen corrents elèctrics i evitar enrampar-nos-hi. Els plàstics són uns bon aïllants, qualsevol electricista us ho pot ben assegurar.

Semiconductors

Entre l’un i l’altre hi ha els semiconductors. Un semiconductor és un material en que un camp elèctric normal pot dur electrons d’un lloc a un altre (cosa que no passa amb els aïllants) però que un cop deixem d’aplicar el camp elèctric els electrons ja no es mouen d’on són (a diferència dels conductors, on la força que lliga els electrons és tan feble que se’n poden anar fins i tot sense que hi hagi cap camp elèctric). I aquest és el gran avantatge d’aquests materials perquè podem portar els electrons on volem (això també passa amb els conductors) i un cop allí s’hi quedin “fins a nova ordre” (això ja no passa amb els conductors). Aquesta doble característica, la facilitat per modificar la seva estructura electrònica i la seva “memòria”, és el motiu pel qual els semiconductors són essencials per als circuits elèctrics. És gràcies a ells que podem modificar a voluntat els arxius del nostre ordinador, com un arxiu de text o una imatge, i alhora estar segurs que la propera vegada que els obrim els trobarem tal com els vam deixar.