رسانایی فلزات

مهدی محمدیاری .

مدرسه.ملاصدرا06.

موضوع. رسانایی فلزات  

     به نام خدا        

  در تکنولوژی برق پر کاربردترین عناصر فلزات هستند. برای انتقال الكتریسیته از جایی به جای دیگر، از سیم های فلزی استفاده می شود. اما واقعاً فلزات چه خاصیتی دارند كه برای نقل و انتقال جریان الكتریكی مورد استفاده قرار می گیرند؟ فلزات به علت ساختمان اتمی ویژه‏ای كه دارند، خیلی خوب الكتریسیته را از خود عبور می ‏دهند و به همین علت به عنوان مواد رسانا شناخته می‏ شوند. در ااین قسمت ساختمان اتمی فلزات را مورد بررسی قرار خواهیم داد.

می‏ دانید كه رسانایی یا نارسانایی یك ماده، بستگی به الكترونهای لایه ظرفیت آن ماده دارد. اگر الكترونهای لایه ظرفیت بتوانند انزژی لازم را از محیط دریافت كنند و به لایه هدایت بروند در آن صورت ماده، خاصیت رسانایی پیدا می‏ كند و می ‏تواند الكتریسیته را از خود عبور دهد. این الکترونها که به لایه هدایت راه پیدا کرده اند در واقع دیگر به اتم خاصی تعلق ندارند و می توانند در درون ماده آزادانه حرکت کنند و پیوسته از اتمی به اتمی دیگر منتقل شوند و به همین دلیل به آنها الکترون آزاد نیز گفته می شود. در واقع از آنجاییکه الکترونهای آزاد ناقل الکتریسیته هستند، میزان رسانائی اجسام بستگی به این دارد که در دمای طبیعی محیط چه تعداد الکترون آزاد در خود دارند. هر چه تعداد این الکترونهای آزاد بیشتر باشد توانایی جسم در هدایت الکتریسیته بیشتر خواهد بود.

 در لایه ظرفیت فلزات، معمولاً 1 تا 3 الكترون وجود دارد و بقیه خانه های لایه ظرفیت خالی است. به دلیل فاصله زیاد الكترون‏ها از هسته، این الكترونها با گرفتن انرژی خیلی كمی می‏ توانند از اتم خود جدا شوند و به لایه هدایت بروند. در دمای معمولی، الكترونهای لایه ظرفیت فلزات، انرژی لازم را از محیط دریافت می‏ كنند. بنابراین در دمای محیط، تعداد زیادی الكترون در لایه هدایت فلزات وجود دارد. این الكترونها به راحتی می ‏توانند درون فلز حركت كنند. زمانی كه یك میدان الكتریكی به فلز اعمال شود، الكترونهای لایه هدایت می‏ توانند در امتداد فلز از قطب منفی به قطب مثبت حركت كنند.

    در بین فلزات، رسانایی الکتریکی نقره از همه بیشتر است. بعد از آن به ترتیب مس، طلا و آلمینیوم قرار دارند. حال به بررسی ساختمان اتمی این فلزات می ‏پردازیم.

    عدد اتمی نقره 47 است یعنی در اتم نقره 47 پروتون و 47 الكترون وجود دارد الكترون‏ها به ترتیب لایه ‏های 1،2،3و 4 را بطور کامل پر كرده ‏اند. در لایه اول 2 الكترون، لایه دوم 8 الكترون، لایه سوم 18 الكترون و لایه چهارم 18 الكترون وجود دارد. بنابراین 1 الکترون باقیمانده به تنهایی در لایه آخر یعنی لایه پنجم قرار دارد. این الكترون چون خیلی از هسته دور است براحتی از آن جدا می ‏شود به همین دلیل نقره رسانای خوبی برای الکتریسیته محسوب می شود. 

    در مورد مس، با توجه به عدد اتمی آن (29) ،  لایه‏ های 1 و 2 و 3 کامل پر شده ‏اند و لایه چهارم فقط یك الكترون دارد. این الكترون، نسبت به الكترون لایه ظرفیت اتم نقره، به هسته نزدیكتر است و به همین دلیل جاذبه هسته بر آن بیشتر است و در نتیجه در مقایسه با اتم نقره سخت‏تر از اتم خود  می‏ شود. پس رسانایی مس از نقره كمتر است.

     اتم آلومینیوم دارای عدد اتمی 13 است یعنی لایه ‏های 1 و 2 آن پر شده‏اند و لایه آخر 3 الكترون دارد. این الكترونها با گرفتن مقدار كمی انرژی می ‏توانند از اتم خود جدا شوند. البته میزان این انزژی ، از انرژی  لازم برای جدا شدن الكترون لایه ظرفیت اتم مس بیشتر است. برای همین آلومینیوم نسبت به مس رسانایی كمتری دارد.

 منبع .iraj-torkan.blogfa.com/post-147.aspx