Metalerin Elektrik Iletkenliği

METALERİN ELEKTRİK İLETKENLİĞİ

birlikte ısıl iletkenliği artar, elektrik iletkenliği ise azalır. Çünkü, katı metallerde elektrik iletimi tümüyle, ısı iletimi ise ağırlıklı olarak, kristal yapı içerisinde serbestçe dolaşabilen ‘değerlik’ elektronları tarafından yapılır. Sıcaklıkla birlikte; bu ‘elektron gaz bulutu’nun ortalama kinetik enerjisi arttığından ve ortalama kinetik enerji artışı da; elektronların, sıcaklık gradiyentinin tersi doğrultudaki uzak noktalara daha hızlı enerji taşıyabilmeleri anlamına geldiğinden, ısıl iletkenlik artar. Halbuki elektrik iletkenliği açısından, ortalama kinetik enerjisi artan elektronların; birbirleriyle veya atomlarla daha sık çarpışmalara uğrayıp doğrultularından saptırıldıklarından dolayı; belli bir yöndeki yük taşıma kapasiteleri azalır. Elektronlar her iki taşınım sürecinde de rol oynadığından, metallerin belli bir sıcaklıktaki ısıl ve elektrik iletkenliği, birbiriyle orantılıdır. Ancak, yukarıda da belirtilmiş olduğu gibi; sıcaklıkla birlikte ısıl iletkenlik artarken, elektrik iletkenliği azalır.

Ametal katılarda ise, ısı; serbestçe dolaşan elektronlar tarafından değil, kristal yapının salınımları aracılığıyla iletilir. Daha sıcak olan bölgelerdeki salınımların daha güçlü olması, bu salınımların daha soğuk bölgelere doğru yayılmasıyla sonuçlanır. Bu durum, kristal kafesindeki salınımların dalgalar halinde seyahatine eşdeğerdir ve sözkonusu taşınım süreci, salınım dalgalarının kuantumlarından oluşan ‘fonon’lar cinsinden incelenir. Malzemenin sıcaklığıyla birlikte fononların sayısı ve enerjisi arttıkça, aralarındaki etkileşimler nedeniyle, sıcaklık gradiyentinin tersi yöndeki enerji taşıma kapasiteleri azalır. Tıpkı metallerdeki elektronların çarpışmalar sonucunda yönlerinden saptırılmalarının, onların elektrik iletkenliğini azaltmasında olduğu gibi. Dolayısıyla, aMetaller bilindiği gibi; en dış yörünge kabuğunda, atomlarından kolayca ayrılıp, maddenin yapısı içerisinde serbestçe dolaşabilen, yani iyonlaşma enerjisi düşük olan elektronlara sahip. ‘Değerlik’ (‘valens’) elektronları denilen bu elektronlar, malzemenin kristal yapısı içerisinde adeta, eksi yüklü bir bulut oluşturuyor ve geride kalan artı yüklü atomların birbirine bağlanmasını sağlıyor. Dolayısıyla, bu elektronların sayısı ne kadar fazla ise, eksi yüklü bulut o kadar yoğun, artı yüklü atomlar arasındaki bağ da o kadar güçlü oluyor. Aynı nedenle; metaller şekil değiştirmeye zorlandıklarında, artı yüklü atomlar birbirlerinin üzerinden kayarken, aralarındaki elektron bulutu sayesinde, hala bir arada durabiliyorlar. Metallere şekil verilmesi, bu yüzden görece kolay oluyor. Öte yandan, malzemenin içinde bir elektrik alanı oluşturulduğunda, bu elektronlar harekete geçerek, maddenin içerisinde akım iletilmesini sağlıyor. Benzer şekilde, malzemenin bir tarafı ısıtıldığında, ‘değerlik’ elektronları, kinetik enerjilerindeki artışı, malzemenin diğer bölgelerine taşıyıp, uğradıkları çarpışmalar sonucunda oralara aktarıyor. Metallerin ısı ve elektrik iletkenliği, bu yüzden yüksek. Kısacası; değerlik elektronlarının sayısı ne kadar fazla, iyonlaşma enerjileri ne kadar düşükse; metalin yapısı o kadar iletken, sağlam ve şekillendirilebilir oluyor. Ergime noktası da düşük...

Atom numarası 80, elektron dizilimi [Kr] 4d10 4f14 5s2 5p6 5d10 6s2 şeklinde olan cıvanın, 6s yörüngesinde iki değerlik elektronu var. Ancak cıvanın bu elektronları atomlarından, diğer metallerin değerlik elektronları kadar kolayca ayrılamıyor. Nitekim, cıvanın iyonlaşma enerjisi, komşu metallerinkinden daha yüksek. Sonuç olarak cıvanın ısı ve elektrik iletkenliği, komşu metallerinkinden daha düşük. Öte yandan, atomları arasındaki elektron bulutu yoğunluğunun düşüklüğü, atomları arasındaki bağların da zayıf olmasıyla sonuçlanıyor. Bu yüzden kolayca, oda sıcaklığı gibi görece yüksek sıcaklıklarda dahi eriyor. Halbuki, sıvı haldeki yüzey gerilimi hayli yüksek. Bu yüzden ele bulaşmıyor, yani ıslak değil.metallerde ısıl iletkenlik, sıcaklık arttıkça azalır.