Conducibilità, intermodulazione e altre proprietà

[richiurci]

Oggi i giovani (beati loro ) del laboratorio mi hanno chiesto alcune informazioni, partendo dalla "semplice" domanda:

"ma è vero che l'ossido di argento conduce più dell'argento?"

Devono fare una ricerca su guide a microonde a basse perdite (con considerazioni anche sulla intermodulazione), e il breve discorso che ne è seguito ha spalancato un mondo, del quale spesso si parla basandosi su "leggende metropolitane"...

Riporto brevemente alcuni punti salienti del nostro discorso.

Io ho anzitutto affermato che il termine "argento" è troppo generico, e il termine "ossido di argento" di conseguenza lo è ancora di più.
Spesso si parla di argento, ma (forse...) è realmente argento "puro" solo quello riportato galvanicamente su molti nostri prodotti a microonde. Invece quello sulle PCB o quello dei contatti di solito è in forma di lega con altri materiali.
Mi sono ricordato di un recente 3d e di un post di venexian che conferma:

L'argento pur ossidandosi mantiene quasi inalterata la sua conducibilità elettrica, per questo si usa nei relay, dico bene?

Sì, è vero, l'ossido dell'argento è un buon conduttore ma questa caratteristica è importante nei contatti...

Direi... no.

L'argento nei contatti dei relè è principalmente in due leghe
Ag-CdO
Ag-SnO2
Come si vede, l'ossido è dell'altro metallo, non dell'argento. La prima delle due leghe è sempre meno utilizzata a causa della tossicità del cadmio, mentre la seconda è la scelta principale.

La scelta di queste leghe per i contatti ha ben poco a che fare con la conducibilità dell'argento. Si scelgono per la struttura dei grani che si forma in fase di solidificazione del metallo dopo la fusione che avviene a causa della formazione dell'arco, specialmente in apertura del contatto. I metalli puri tendono a migrare verso uno dei poli e a creare precipitati intergranulari che portano alla separazione e successiva formazione di crateri sulle superfici di contatto. Le leghe argento-ossido minimizzano questo effetto.

poi ho trovato questo link
http://www.ing.unitn.it/~colombo/ORO/Leghe_Argento.htm

che giustamente tra le altre cose ricorda che in aria non c'è solo ossigeno, ma anche per esempio zolfo che crea un ossido non passivante e non conduttivo


Poi ho espresso dubbi sul fatto che un ossido possa condurre "di più" del metallo ossidato. Inoltre conta lo spessore dell'ossido e il suo eventuale effetto passivante.

E ancora.... gli ossidi possono peggiorare o preservare la superficie, essere conduttivi o isolati...ma hanno anche un effetto sulla intermodulazione, per alcuni tale effetto è sicuramente negativo; mia affermazione basata su esperienza abbastanza indiretta, perché per i livelli di potenza dei nostri apparati l'intermodulazione non è misurabile direttamente ma solo come effetto sul BER di tratta

Non sapevo se mettere questo 3d qui o in fisica generale... ma mi sembra abbastanza specifico.

Confido che ci siano utenti (Pietrobaima, Venexian e altri) capaci di fornire info, link e magari esperienze dirette da girare ai giovani.

Riassumo i punti principali che mi vengono in mente:

1) Quando l'Ag è "puro"? In particolare ag depositato galvanicamente è puro? E quello depositato sulle PCB?

2) quali ossidi si formano? Quanto conducono?

3) Quali ossidi sono passivanti, cioè proteggono la superficie sottostante e non continuano a crescere in spessore?

4) qual è lo spessore tipico di una ossidazione, sia "voluta" (come alcuni trattamenti superficiali) sia causata da agenti atmosferici? (questo per capire a quale frequenza può avere spessore paragonabile all'effetto pelle e influenzare le perdite in una guida d'onda)

Ehhh mi rendo conto che l'argomento è vasto...qualsiasi contributo è ben accetto!

[venexian]

Sono domande un po' strane...

è vero che l'ossido di argento conduce più dell'argento?

Ovviamente no. E' sufficiente verificare un qualsiasi prontuario di chimica inorganica. La differenza è abissale, trattandosi di 7 ordini di grandezza. Porsi questa domanda, anche per degli studenti di una scuola superiore, per me significa vivere un po' distanti dalla scienza.

Quando l'Ag è "puro"?

Quando lo definiscono tale le specifiche alle quali faccio riferimento.
Per un orefice, 99 % è probabilmente argento puro, per un chimico che deve fare analisi, 99,99% è
quasi certamente insufficiente.

In particolare ag depositato galvanicamente è puro?

3N-4N (dal 99,90 % al 99,99 %)

E quello depositato sulle PCB?

Dipende da cosa e come viene depositato. Posso supporre il livello più basso della deposizione elettrolitica, 99,9 %

quali ossidi si formano? Quanto conducono?

L'ossido è uno solo, Ag2O, la resistività è variabile in funzione allo stato del materiale.
All'incirca 0,6 ohm x m.

Quali ossidi sono passivanti, cioè proteggono la superficie sottostante e non continuano a crescere in spessore?

L'ossido di argento riduce la diffusione degli atomi di ossigeno presenti all'esterno del metallo fino quasi ad impedire il procedere dell'ossidazione. Almeno a temperatura ambiente.

qual è lo spessore tipico di una ossidazione, sia "voluta" (come alcuni trattamenti superficiali) sia causata da agenti atmosferici?

Ciò che determina tutto sono le condizioni esterne (concentrazione di ossigeno, temperatura, purezza del metallo, contaminanti, struttura granulare, ecc.). L'ordine di grandezza è circa 1 nanometro.

Nota:

in aria non c'è solo ossigeno, ma anche per esempio zolfo che crea un ossido non passivante e non conduttivo

Lo zolfo non genera ossidi, ma solfuri...
Lo zolfo alle condizioni ambientali non reagisce con l'argento.
Sono i solfuri che reagiscono con gli oggetti di argento o argentati nel modo che conosciamo.

[richiurci]

ok grazie si comincia a ragionare su qualche numero..

Solo per chiarire:

Sono domande un po' strane...

è vero che l'ossido di argento conduce più dell'argento?

Ovviamente no. E' sufficiente verificare un qualsiasi prontuario di chimica inorganica. La differenza è abissale, trattandosi di 7 ordini di grandezza. Porsi questa domanda, anche per degli studenti di una scuola superiore, per me significa vivere un po' distanti dalla scienza.

Sembra sia stato "riferito", ma considera che in ditta non seguiamo direttamente i processi galvanici, per noi sono solo un dettaglio del prodotto.
E i ricordi di Chimica spesso sono lontani e sbiaditi, magari qualche prof ne aveva parlato ma di conducibilità ricordo che se ne parlò ben poco sia al liceo che all'università, e non certo riguardo gli ossidi!

E quello depositato sulle PCB?

Dipende da cosa e come viene depositato. Posso supporre il livello più basso della deposizione elettrolitica, 99,9 %

Ok, il dubbio era che si potesse trattare di una qualche lega, visto l'uso specifico

quali ossidi si formano? Quanto conducono?

L'ossido è uno solo, Ag2O, la resistività è variabile in funzione allo stato del materiale.
All'incirca 0,6 ohm x m.

L'ossido di argento riduce la diffusione degli atomi di ossigeno presenti all'esterno del metallo fino quasi ad impedire il procedere dell'ossidazione. Almeno a temperatura ambiente.

Ciò che determina tutto sono le condizioni esterne (concentrazione di ossigeno, temperatura, purezza del metallo, contaminanti, struttura granulare, ecc.). L'ordine di grandezza è circa 1 nanometro.

ok chiaro, ma.....

Nota:

in aria non c'è solo ossigeno, ma anche per esempio zolfo che crea un ossido non passivante e non conduttivo

Lo zolfo non genera ossidi, ma solfuri...
Lo zolfo alle condizioni ambientali non reagisce con l'argento.
Sono i solfuri che reagiscono con gli oggetti di argento o argentati nel modo che conosciamo.

e' questo che volevo chiarire, anche per curiosità personale.
Sugli oggetti argentati cosa si deposita, ossido, solfuri o entrambi?

Di conseguenza potrebbe risultare che lo strato superficiale che si forma possa non essere conduttivo a sufficienza.

Inoltre il link del primo 3d riporta:
"I solfuri attaccano l’argento rapidamente , come fanno con il rame e la velocità di ossidazione in atmosfera è determinata dall’apporto di atomi di zolfo perché lo strato di ossido è non passivante . Esso riduce il potere riflettente dell’argento e ne aumenta la resistività , specialmente alle basse correnti , per il suo carattere non ohmico .

La velocità di solfatazione dell’argento indoor in una grande città è di circa 7 mg/m2 "

forse anche loro fanno confusione, io dalla frase deduco che i solfuri portano alla formazione non più di ossido di Ag, ma ossido di xxx (con xxx che immagino contenga Ag e S)

come si chiama, solfuro di ag ossidato o qualcosa del genere? E' questo il materiale che bisogna considerare in un ambiente "reale" e non composto da solo ossigeno?

Grazie per le risposte

[venexian]

Mhhh... mi sa che un ripasso di inorganica farebbe bene.

(semplificando)
Ossidi sono i composti di metallo e ossigeno.
Solfuri sono i composti di metallo e zolfo.
I processi elettrochimici depositano metalli puri, non leghe (si usano proprio per separare i metalli...).
L'ossido di argento sui manufatti è quasi invisibile, ciò che si vede è il solfuro.

Nota:
la frase

La velocità di solfatazione dell’argento indoor in una grande città è di circa 7 mg/m2

è priva di senso. Una velocità è sempre la derivata di un 'qualcosa' rispetto al tempo.

[richiurci]

ahhh non avevo notato, i mg(mq ci stanno, sarà all'anno?

interessante, come temevo, l'ossido di ag è conduttivo ma di fatto gli oggetti si riempiono di solfuri che non lo sono.

Immagino salvi il fatto che gli spessori sono minimi e ordini di grandezza minori dello spessore pelle.