Solo condutor de eletricidade

CONDUTIVIDADE ELÉTRICA DO SOLO 

Materiais: 

- Fios 0,10mm 

- Lâmpada de baixa voltagem 

- Soquete para lâmpada 

- Plug macho 

- Pontas de plug macho 

- Fita isolante 

- Solo úmido 

Procedimento: 

Conecte uma ponta do fio no soquete e outra no plug macho, com o outro fio, interrompa-o ao meio, conectando uma parte ao plug macho e a outra parte ao soquete. 

No soquete, vincule a lâmpada de baixa voltagem. Nas pontas soltas do fio que foi interrompido emende as pontas de plug do macho formando, assim os dois eletrodos. 

Introduza os dois eletrodos no solo de forma que não se encontrem, conecte o plug macho à tomada e observe a lâmpada acender.  

Fatores de discussão: 

Quando se fala de condutividade elétrica parece ser bastante clara a ideia de condutores metálicos, como cobre e alumínio, e materiais considerados não condutores como madeira, mas a verdade é que qualquer material pode conduzir eletricidade, o fator limitante é a diferença de potencial a que ele está submetido e o mesmo se aplica ao solo, nós então classificamos os materiais pela resistividade elétrica, trataremos mais à frente. 

Partindo disso, vamos ver as formas com que essa condução ocorre, num solo genérico cerca de 45% é constituído de minerais, 25% de água, 25% de ar atmosférico e 5% de matéria orgânica. Esses metais aparecem no solo de forma iônica (vide troca iônica capítulo 8 do Brady), isso acontece por causa da água, caracterizando uma espécie de solução. 

Sendo assim, podemos classificar o solo como um condutor eletrolítico que são soluções de ácidos, bases ou sais contidos na água. Os íons tanto positivos chamados de cátions (Ag+ , Mg2+ , Fe3+ são exemplos),  quanto os negativos chamados de ânions (HPO32- ,Cl- , NO3- são exemplos) vão transportar as cargas e percorrerão sentidos opostos, esses movimentos da dissolução iônica dos compostos  que é a formadora da corrente elétrica, íons positivos indo para o polo negativo e íons negativos indo para o polo positivo.  

Esses polos negativo e positivo no solo são os respectivos eletrodos improvisados, nos fios a condução elétrica ocorre pelo modelo de banda de acordo com a teoria dos orbitais moleculares, como numa ligação metálica temos n átomos do metal, seus orbitais que possuem pequenas diferenças de energia formam bandas, essas por vez semipreenchidas pelos elétrons, a parte preenchida chamamos de banda de valência ou mar de Fermi e a parte não preenchida pelos elétrons chamamos de banda de condução, o maior nível de energia ocupado a temperatura de 0K é o nível de Fermi. 

Ao ter uma perturbação, um elétron vai a um maior nível de energia deixando assim uma lacuna positiva na sua banda de origem, o elétron mais próximo é atraído eletrostaticamente (Lei de Coulomb) para cobrir a lacuna, formando outra lacuna que atrairá outro elétron e assim sucessivamente, esse movimento ordenado de elétrons chamamos de corrente elétrica. 

A corrente elétrica, portanto, é o fluxo ordenado de elétrons que conduzem a eletricidade em materiais sólidos, mas por fim no início do texto foi dito que todo material poderia conduzir energia elétrica dependendo da diferença de potencial em que está submetido, isso porque nesses materiais chamados de semicondutores e isolantes há uma distância maior entre os níveis preenchidos de energia e a banda de condução, logo os elétrons precisam de muito mais energia para poderem transcender as zonas de energia não ocupáveis (GAP) e chegarem a banda de condução. 

Por fim todo o caminho de condução elétrica desde a tomada, passando pelos fios e solo foram elucidados, até chegar na lâmpada gerando a luminosidade, aqui o efeito joule se faz presente, que diz que ao passar por um resistor a corrente elétrica se transforma em luz e calor, esse calor na lâmpada incandescente é perceptível pelo aquecimento da lâmpada, o filamento aquece e libera energia na forma de luz e calor. 

Leis: 

Lei de Coulomb, rege a atração eletrostática. 
 

Efeito Joule, rege a transforma de energia elétrica em luz e calor. 
 

Material produzido por:

Adriano Paulo Aparecido Pereira de Oliveira

Aluno PUB do Instituto de Química da Universidade de São Paulo

Referências: 

BRADY, N.C.; WEIL, R.R. Elementos da natureza e propriedades dos solos. 3.ed. Porto Alegre: Bookman, 2013.  

ATKINS, Peter W.; JONES, Loretta. Princípios de Química: questionando a vida moderna o meio ambiente. 3 ed. Guanabara Koogan, 2006. 

RUSSEL, John B. Química Geral, 2-ed, 2 vols. São Paulo: Makron, 1994. 

Azzellini G.C.; aula 08 de QFL-1101. Ligação Metálica. 2017.