3.4. Электропроводность.

Высокая электропроводность металлов обусловлена высокой делокализацией электронов, наличием в кристаллической решетке электронов проводимости, отличающихся большой подвижностью. Создание разности потенциалов в металле приводит к направленному движению электронов — носителей электричества, в металле возникает электрический ток. Электропроводность металлов сильно зависит от степени очистки металла и понижается по мере появления примесей, что связано с нарушением упорядоченности в кристаллической решетке и возникновением новых препятствий направленному движению электронов. Металлы по своим электрическим свойствам относятся к проводникам.

Высокая электропроводность является одним из характерных свойств металлов (таблица 5, приложение). Большинство металлов имеет величину удельного сопротивления порядка (5—10) 10^-6 Ом см. Как правило, большое влияние на сопротивление оказывают примеси. Однако в настоящее время способы получения чистых металлов хорошо разработаны, поэтому можно предполагать, что в (таблица 5, приложение) представлены достоверные величины, относящиеся к чистым металлам. Из всей периодической системы выделяются металлы подгруппы IБ, имеющие самые низкие величины сопротивления, затем следуют Al, Ca, Na, Mg, Ti. Большим сопротивлением обладают висмут и полоний, называемые «полуметаллами», а из числа переходных металлов — лантан, цирконий, гафний. Однако в целом перечисленные различия в свойствах не удается связать определенной закономерностью ни с положением в периодической системе, ни со структурой металлов.

Электрический ток создается за счет движения свободных электронов внутри металла, причем электропроводность определяется числом способных к миграции свободных электронов в единице сечения проводника и их подвижностью (таблица 7). Большое сопротивление Sb, Bi и других полуметаллов объясняется наличием определенной доли ковалентной связи и уменьшением числа свободных электронов. Алмаз, германий и тому подобные вещества, у которых вообще нет свободных электронов, имеют очень низкую электропроводность.

Наименьшим электрическим сопротивлением обладают металлы, атомы которых имеют в качестве валентных внешние s-электроны. Атомы серебра, меди и золота вследствие проскока s-электронов имеют электронные конфигурации внешних оболочек атомов ns¹. В этих случаях в компактных металлах реализуется, как правило, металлическая связь.

Таблица 7. Подвижность электронов в кристалле

Вещество	μ, см2 в-1 с-1
Металл Си	35
Металл Ag	36
Гигантская молекула С (алмаз)	1800
Ионный кристалл AgCl	50
Молекулярный кристалл антрацена	0,3 - 3
Полупроводник Ge	3800
Полупроводник PbS	600
Полупроводник InSb	77000

Появление неспаренных p - и d - электронов приводит к увеличению доли направленных ковалентных связей, электропроводность уменьшается. Атом железа на предвнешней электронной оболочке имеет 4 неспаренных Зd - электрона, которые образуют связи с частичным ковалентным характером. Кроме этого, в кристалле металла, когда энергетические уровни атомов объединяются в энергетические зоны, 3d - и 4s -зоны пересекаются. Поэтому при определенном возбуждении s - электроны могут перейти на молекулярные орбитали d - зоны и, таким образом, количество носителей заряда может уменьшиться. Поэтому d - металлы с частично заполненной электронной d - подоболочкой у атомов имеют несколько более высокое электрическое сопротивление, чем непереходные металлы.

Повышение температуры увеличивает электрическое сопротивление металлов. Это происходит вследствие увеличения амплитуды колебаний атомов кристаллической решетки металла, нарушающих условия направленного движения электронов.