لماذا النحاس موصل جيد للكهرباء؟

لفهم سبب موصلية النحاس الجيدة للكهرباء يجب أولًا فهم العملية التي تقوم خلف الموصلية الكهربائية للنحاس، إذ يعد من المعادن الموصلة للكهرباء بسبب وجود الإلكترونات الحرة؛ وهي إلكترونات في المدار الأخير للذرة تسمح بتدفق التيار من العنصر، ويمكن كتابة التوزيع الإلكتروني للنحاس كالآتي: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹، حيث يقع إلكترون التكافؤ في مدار 4s بعيدًا عن النواة، وبالتالي فإن رابطته بالنواة غير قوية، لذلك عند تطبيق فرق الجهد، تنفصل إلكترونات التكافؤ من ذرات النحاس، وتبدأ في الانتقال من الطرف السالب إلى الطرف الموجب، وبالتالي ، يتم توصيل الكهرباء.[١][٢]


ولتحرير إلكترونات المدار الأخير من النواة يجب توفير قدر معين من الطاقة لكل معدن يؤدي عند تطبيقه على ذرته إلى زيادة الطاقة الحركية لإلكترونات التكافؤ، وعادةً ما توفر الطبيعة هذه الطاقة على شكل حرارة، فإذا تم تطبيق كمية كافية من الطاقة بشكل مستمر على ذرة، وبعد مرور بعض الوقت، تصبح الطاقة الحركية لإلكتروناتها كبيرة جدًا بحيث يترك الإلكترون مداره، ويبدأ في التحرك بحرية في الفضاء.[١][٢]


ويرجع سبب كون النحاس موصلًا جيدًا للكهرباء إلى أنه من المعادن التي تحتوي على إلكترون تكافؤ واحد يكون حرًا في الحركة، ويسبب تفاعلًا قويًا ضد الإلكترونات الأخرى، مثل الفضة والذهب، فلكل منها إلكترون تكافؤ واحد يتحرك بمقاومة قليلة ويسبب تصادمات قليلة، على عكس أشباه الموصلات التي تحتوي على عدد أكبر من إلكترونات التكافؤ، لذلك، على الرغم من قدرتها على توصيل الكهرباء، إلا أنها غير جيدة، ومع ذلك، عند تسخينها أو إضافة شوائب إليها، يمكن أن تصبح أشباه الموصلات مثل السيليكون والجرمانيوم موصلات فعالة للغاية للكهرباء.[٢]


العلاقة بين موصلية النحاس والمقاومته

الموصلية الكهربائية (σ) هي عكس المقاومة الكهربائية أو المقاومية الكهربائية (ρ) وتعطى بالعلاقة الآتية:[٣]


σ = 1 / ρ


كما ذُكر سابقًا تُعرف الموصلية بمقياس لمدى سهولة تدفق الكهرباء، وتُعرف المقاومة الكهربائية بمقدار مقاومة المادة لتدفق الكهرباء، ويمكن التعبير عنهما كالآتي، عندما تتحرك الإلكترونات تتلامس مع ذرات المادة، أو تصطدم بها، حيث تعمل هذه الاصطدامات على تبطيئ حركة الإلكترونات، فكل تصادم يزيد من مقاومة المادة، وكلما كان تدفق الإلكترونات عبر المادة سهل، قل عدد الاصطدامات التي تحدث وزادت الموصلية.[٣]


عندما تزداد درجة الحرارة، تنخفض عادةً موصلية المعادن، بينما تزداد موصلية أشباه الموصلات، بافتراض أن المادة متجانسة، وهذا نادرًا ما يكون عيله العنصر.[٣]


المواد ذات التوصيل الكهربائي الجيد والضعيف

تعتبر المعادن والبلازما أمثلة على المواد الموصلة للكهرباء، وأفضل موصل كهربائي هو الفضة، وهو من المعادن، أما العوازل الكهربائية، مثل الزجاج والمياه النقية، فتوصيلها الكهربائي ضعيف جدًا، وتعتبر معظم اللافلزات في الجدول الدوري موصلات كهربائية وحرارية رديئة، وتكون موصلية أشباه الموصلات وسيطة بين تلك الخاصة بالعازل والموصل.[٤]


تتضمن أمثلة الموصلات الجيدة ما يلي:

  • فضة.
  • نحاس.
  • ذهب.
  • الألومنيوم.
  • الزنك.
  • نيكل.
  • نحاس.


ومن الأمثلة على الموصلات الكهربائية السيئة ما يلي:

  • ممحاة.
  • زجاج.
  • بلاستيك.
  • الخشب الجاف.
  • الماس.
  • هواء.
  • ماء نقي.



المراجع

  1. ^ أ ب "Does Copper Conduct Electricity?", Techie Scientist, Retrieved 23/6/2022. Edited.
  2. ^ أ ب ت "Electrical Conductivity of Metals", thoughtco, Retrieved 23/6/2022. Edited.
  3. ^ أ ب ت "Electrical Conductivity and Resistivity", Chemistry LibreTexts, 3/2/2021, Retrieved 23/6/2022. Edited.
  4. ↑ conductivity is the measure,intrinsic property of a material. "Electrical Conductivity Definition", thoughtco, Retrieved 23/6/2022. Edited.