¿Por qué la plata es mejor conductor que el platino?

Question

Según tengo entendido, el platino debería ser mejor conductor que la plata.

He aquí mi razonamiento y mis suposiciones. La capacidad de conducción de un átomo se basa en la cantidad de energía necesaria para desplazar electrones del mismo. La energía necesaria se basa (en gran medida) en el número de electrones de la capa de valencia, así como en los radios atómicos (distancia de la capa de valencia al núcleo). Existe una correlación directa entre la atracción magnética de los electrones de valencia hacia los protones y el radio del átomo. Cuanto más alejados estén los electrones de valencia, menor será la energía necesaria para desplazar el electrón.

Echemos un vistazo a la plata:

Se puede ver que la plata tiene 5 capas de electrones, con 46 (18+18+8+2) electrones que cubren el electrón de valencia. Tiene un electrón en la valencia, por lo que es un buen conductor.

Ahora, veamos el platino:

El platino también tiene un único electrón de valencia. Sin embargo, tiene 6 capas de electrones, una más que la plata. Hay 77 (17+32+18+8+2) electrones protegiendo al electrón de valencia. El platino tiene un radio mayor que la plata y, del mismo modo, tiene un único electrón de valencia.

No encuentro ninguna explicación para la clasificación de la conductividad, pero, en general, en las interwebs se ofrece un orden de conductividad como: plata, oro, cobre, platino. Si el platino fuera menos conductor que el oro y el cobre, ¿por qué habría un mercado para el cableado de audio de platino, suponiendo que el platino fuera más caro?

Editar: Gracias por todas las respuestas, pero ninguna ofrece una razón concreta de por qué la plata es mejor conductor. Me intriga el argumento de la "estructura cristalina", pero nadie ha proporcionado las estructuras reales del platino y/o la plata ni por qué la estructura marca la diferencia. Los resultados de mi búsqueda muestran que el platino, la plata y el oro tienen todos la misma estructura: "cúbica centrada en la cara".

Answer 1

La situación es mucho más complicada de lo que describes. Cuando se calcula la conductancia de un metal, primero hay que evaluar los estados de energía permitidos de los electrones en el material en bruto, lo que se hace colocando los núcleos en un patrón regular (dependiendo de la estructura cristalina). Normalmente, se utilizan varias aproximaciones, que pueden incluir o no la interacción entre los electrones. Entonces se cuenta el número de estados a una energía dada y se obtiene la llamada densidad de estados. A continuación, se empiezan a colocar los electrones en estos estados de energía permitidos, hasta que se suman todos los electrones pertenecientes a ese elemento. Sólo entonces sabremos si algo es conductor. En el caso de los aislantes, existe una brecha energética entre el estado ocupado más alto y el estado desocupado más bajo, es decir, no hay estados justo por encima de la energía del estado lleno más alto (la llamada energía de Fermi). En los metales, no.

Soy consciente de que esto puede ser difícil de entender si no estás familiarizado con estos términos, pero es sólo para demostrar que a partir de un único átomo no se pueden concluir las propiedades electrónicas del material a granel.

En cuanto a por qué existe un mercado para los cables de platino, existe un mercado para cualquier cosa que la gente compre, tenga sentido o no.

Answer 2

Parece que ninguna de las respuestas hasta ahora ha abordado la verdadera razón por la que la plata es mejor conductor que el platino.

La razón es la dispersión de electrones. El modelo más simple para la conductividad en la física del estado sólido se denomina Modelo Drude . Se trata de una descripción microscópica de lo que les ocurre a los electrones cuando se les aplica un campo eléctrico para ponerlos en movimiento. El modelo de Drude explica la ley de Ohm de la resistencia, entre otras cosas, y funciona sorprendentemente bien para todos los conductores simples (y algunos no tan simples).

La hipótesis básica del modelo de Drude es que los electrones se dispersan al desplazarse por la materia. Básicamente, se dispersan en los iones de la red cristalina y pueden generar vibraciones de la red (calor). Cada material tiene un tiempo de dispersión característico determinado por los detalles de la estructura cristalina, la temperatura y otros factores. En los metales, los electrones se dispersan una vez cada $10^{-14}$ segundos (¡!).

En última instancia, los electrones del platino se dispersan más rápidamente que los de la plata (en un factor de dos más o menos). Según el modelo de Drude, esto significa que el platino tiene una conductividad menor.

Sin embargo, como ya se ha mencionado, el platino tiene una gran ventaja práctica: es un metal noble y no se oxida (a diferencia de la plata). Pero el oro también es noble y es mejor conductor que el platino. La única razón que se me ocurre para no preferir el oro para los cables de audio es que es blando. Pero los cables de platino son probablemente un truco.

Answer 3

Añadiré mis dos centavos a las otras respuestas desde la perspectiva del audio que espero que aclare la cuestión del "cable de platino".

En primer lugar, existe la creencia en el campo del audio de que un conductor ideal, además de ser altamente conductor, estable y razonablemente inerte desde el punto de vista químico, también tendría un electrón s en la órbita superior con todas las órbitas inferiores llenas. Que yo sepa, sólo hay tres metales que cumplan este criterio: el cobre, la plata y el oro, los tres situados uno debajo del otro en la tabla periódica.

En segundo lugar, los conectores bañados en platino son extremadamente raros. Sólo conozco un par de marcas de primera línea en el mundo que utilicen platino para el chapado. Por lo general, el platino se aplica únicamente sobre la plata, tanto si la plata es el metal de base como si el metal de base se recubre primero con una capa inferior de plata.

Está muy extendida la idea errónea de que la plata se oxida. Esto es incorrecto. La plata no se oxida a temperatura ambiente. También existe la idea errónea de que el óxido de plata es un buen conductor, por lo que los conectores de plata deslustrados no suponen una gran diferencia. Es cierto que el óxido de plata es conductor, pero el deslustre que se forma fácilmente en los conectores plateados no es óxido de plata, porque la plata no se oxida. Se trata más bien de sulfuro de plata, de color marrón a marrón muy oscuro (a diferencia del negro puro del óxido de plata). El sulfuro de plata no es un conductor, sino un semiconductor. Por tanto, la idea de que el deslustre de la plata no afecta a la conexión es un mal mito.

La plata reacciona agresivamente con el sulfuro de hidrógeno, un gas que se produce de forma natural en el gas natural y que también procede de la cocción de huevos (incluso frescos) y del tubo de escape de los coches. Si no tiene ninguna de estas tres fuentes en su zona (poco probable), entonces sus conectores bañados en plata permanecerían brillantes durante mucho mucho más tiempo. El platino no se empaña ni se oxida a ninguna temperatura (por ejemplo, las bujías de encendido bañadas en platino), por lo que puede proteger la plata del azufre del aire.

Es un error muy extendido pensar que la elección del metal para el revestimiento tiene algo que ver con su conductividad. El grosor típico del metalizado oscila entre $0.3\mu m$ y $11\mu m$ más o menos, además tiene un área de conexión considerable. Por tanto, la contribución a la resistencia de un cable fino de varios metros de longitud es absolutamente despreciable.

La elección del metal para el chapado se basa en las propiedades antideslustramiento, la resistencia al desgaste, una conductividad razonable (normalmente al menos un 15% de cobre), la adherencia al metal base y la comercialización de metales nobles.

El dorado típico se realiza sobre una capa de níquel, por lo que en esencia no es más que un niquelado con un poco más de protección contra la oxidación. El dorado sobre cobre no suele utilizarse porque el oro se disuelve en el cobre. Esto hace que un chapado fino (menos de $1\mu m$ ) inútil mientras que un chapado en oro grueso es caro. Los resultados de las pruebas demuestran que un chapado en oro de menos de $3\mu m$ no protege bien de los entornos agresivos. El oro tampoco es muy duradero para conexiones frecuentes, sobre todo como chapado fino.

Uno de los metales más populares hoy en día para el chapado de alta gama es el rodio. Puede aplicarse directamente sobre cobre o plata, tiene una conductividad razonable (como el platino) y no se desgasta (también como el platino).