مقایسه رسانایی الکتریکی مس نقره طلا و آلومینیوم

در تکنولوژی برق پر کاربردترین عناصر فلزات هستند. برای انتقال الکتریسیته از جایی به جای دیگر، از سیم های فلزی استفاده می شود. اما واقعاً فلزات چه خاصیتی دارند که برای نقل و انتقال جریان الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند؟ فلزات به علت ساختمان اتمی ویژه‏ای که دارند، خیلی خوب الکتریسیته 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 که رسانایی یا نارسانایی یک ماده، بستگی به الکترونهای لایه ظرفیت آن ماده دارد. اگر الکترونهای لایه ظرفیت بتوانند انزژی لازم را از محیط دریافت کنند و به لایه هدایت بروند در آن صورت ماده، خاصیت رسانایی پیدا می‏ کند و می ‏تواند الکتریسیته 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 الکترون وجود دارد و بقیه خانه های لایه ظرفیت خالی است. به دلیل فاصله زیاد الکترون‏ها از هسته، این الکترونها با گرفتن انرژی خیلی کمی می‏ توانند از اتم خود جدا شوند و به لایه هدایت بروند. در دمای معمولی، الکترونهای لایه ظرفیت فلزات، انرژی لازم را از محیط دریافت می‏ کنند. بنابراین در دمای محیط، تعداد زیادی الکترون در لایه هدایت فلزات وجود دارد. این الکترونها به راحتی می ‏توانند درون فلز حرکت کنند. زمانی که یک میدان الکتریکی به فلز اعمال شود، الکترونهای لایه هدایت می‏ توانند در امتداد فلز از قطب منفی به قطب مثبت حرکت کنند.

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 الکترون وجود دارد الکترون‏ها به ترتیب لایه ‏های 1،2،3و 4 را بطور کامل پر کرده ‏اند. در لایه اول 2 الکترون، لایه دوم 8 الکترون، لایه سوم 18 الکترون و لایه چهارم 18 الکترون وجود دارد. بنابراین 1 الکترون باقیمانده به تنهایی در لایه آخر یعنی لایه پنجم قرار دارد. این الکترون 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 یک الکترون دارد. این الکترون، نسبت به الکترون لایه ظرفیت اتم نقره، به هسته نزدیکتر 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 کمتر است.

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

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