لماذا تعتبر الفلزات موصلة للكهرباء؟
تُعرف الفلزات (بالإنجليزية: Metals) بأنها مواد لامعة قابلة للتشكيل، وذات موصلية عالية للكهرباء والحرارة،[١] ويرجع السبب في موصليتها العالية للكهرباء بشكلٍ أساسي إلى تركيبها العام، حيث تتكون الفلزات من أيونات موجبة مصطفة بجانب بعضها البعض (كاتيونات) في بحر من الإلكترونات الحرة، والتي تتحرك في جميع أنحاء الفلز، مما يمنحه خواص التوصيل للكهرباء والحرارة، وعندما يتم تطبيق الجهد الكهربائي، فإن المجال الكهربائي الناشئ داخل الفلز يؤدي إلى حركة هذه الإلكترونات الحرة، مما يجعلها تنتقل من طرف إلى طرف آخر داخل الموصل،[٢] وباختصار يمكن القول إن حركة الإلكترونات هي سبب توصيل الفلزات للكهرباء.[٣]
لماذا تعتبر الفلزات موصلة للحرارة؟
عند تسخين مادة ما، تكتسب الجسيمات المكونة لها طاقةً حرارية، وعندها تبدأ بالاهتزاز، مما يجعلها تصطدم بالجسيمات الأخرى القريبة منها، وتنقل الطاقة الحرارية إليها أيضًا، ومع استمرار هذه العملية، تستمر الطاقة بالانتقال من الطرف الذي تم تسخينه للمادة إلى الطرف أو النهاية الباردة منها، وهذه العملية تسمى بعملية توصيل الحرارة (Heat Conduction)، وتعد الفلزات موصلة جيدة للحرارة وذلك بسبب تركيبها، فكما ذكر سابقًا، تتكون الفلزات من أيونات متمركزة وسط مجموعة من الإلكترونات حرة الحركة، والتي تستطيع الاهتزاز بسرعةٍ كبيرة عندما تكتسب طاقةً حرارية (نتيجة تسخين الفلز)، ما يعني قدرتها الكبيرة على تمرير الطاقة الحرارية بسرعة داخل الفلز، مما يجعله موصلًا جيدًا للحرارة.[٢]
ما هي أفضل الفلزات الموصلة للكهرباء؟
يتم الحكم على موصلية الفلزات للكهرباء من خلال عدد الإلكترونات الحرة أو ما يسمى بإلكترونات التكافؤ التي تمتلكها، وفي معظم الحالات، تحتوي الموصلات على إلكترون تكافؤ واحد (مثل: النحاس، والذهب، والبلاتين، والفضة) أو إلكترونين اثنين (مثل الحديد) أو ثلاثة إلكترونات أحيانًا (مثل: الألمنيوم الذي يعد موصلًا ممتازًا للكهرباء على الرغم من امتلاكه لثلاثة إلكترونات تكافؤ)، أما المواد التي تحتوي على أربعة إلكترونات تكافؤ فتسمى بأشباه الموصلات، وفيما يأتي أفضل الفلزات الموصلة للكهرباء، والمرتّبة من الأفضل إلى الأسوأ:[٤]
- الفضة (نقي): تعتبر الفضة أفضل مادة موصلة للكهرباء، لأنها تحتوي على عدد أكبر من الذرات الإلكترونات الحرة، إلا أنها لا تستخدم كثيرًا نظرًا لتكلفتها المرتفعة بعض الشيء.
- النحاس (نقي): يعد النحاس أقل موصلية من الفضة، إلا أن تكلفته أقل، ولذا فإنه يستخدم كموصل فعال في الأجهزة المنزلية.
- الذهب (نقي): يعد الذهب موصلًا جيدًا للكهرباء، إلا أنه مكلف للغاية، ولذلك فهو نادر الاستخدام.
- الألمنيوم: يعد الألمنيوم موصلًا جيدًا للكهرباء، إلا أنه أقل موصليةً من النحاس.
- الزنك: الزنك عنصر معدني أزرق-رمادي هش، وهو موصل جيد للكهرباء.
- النيكل: يعد النيكل عنصرًا ذو موصلية كهربائية عالية.
- النحاس الأصفر: هو خليط معدني يتكون من عنصري النحاس، والخارصين أو الزنك،[٥] ويستخدم في الآلات الصغيرة نظرًا لسهولة تشكيله إلى أجزاء مختلفة.
- البرونز: وهو سبيكة موصلة للكهرباء.
- الحديد (نقي): الحديد موصل جيد للكهرباء بسبب احتوائه على الإلكترونات حرة الحركة.
- البلاتين: البلاتين عنصر ذو موصلية كهربائية عالية، وهو أكثر مرونة من الذهب، والفضة، والنحاس.
- الفولاذ: وهو سبيكة تصنع من الحديد، ويستخدم عادةً لتغليف الموصلات الأخرى، لأنه معدن غير مرن.
- الرصاص (نقي): يعد الرصاص النقي معدنًا موصلًا للكهرباء، مما يجعله عازلًا رديئًا.
- الفولاذ المقاوم للصدأ: يعد الفولاذ المقاوم للصدأ موصلًا جيدًا نسبيًا للكهرباء.
المراجع
- ↑ "What Is a Metal in Chemistry?", thoughtco, Retrieved 13/6/2021. Edited.
- ^ أ ب "Why do metals conduct heat and electricity so well? What metals conduct the best?", edinformatics, Retrieved 13/6/2021. Edited.
- ↑ "Explain metals conduct electricity.", toppr, Retrieved 13/6/2021. Edited.
- ↑ "Which Metal is the Best Conductor of Electricity", tampasteel, Retrieved 13/6/2021. Edited.
- ↑ "Brasses", copperalliance, Retrieved 13/6/2021. Edited.
