Electrical resistance and conductance
مقاومت و رسانایی الکتریکی
رسانایی الکتریکی به مفهوم اندازه‌گیری قابلیت هدایت جریان الکتریکی در یک ماده هست و یکای آن در سیستم استاندارد بین‌المللی واحدها، زیمنس (یکا) است.
در بعضی از اجسام، انتقال بار الکتریکی از منطقه‌ای در درون جسم به منطقه دیگر آن به‌آسانی صورت می‌گیرد و در بعضی چنین نیست.
به‌عنوان‌مثال اگر سر یک سیم مسی را به میلهٔ نایلونی باردار و سر دیگر آن را به یک گلوله چوب‌پنبه‌ای که در ابتدا بدون بار است، وصل کنیم، با نزدیک کردن اجسام باردار دیگر، معلوم می‌شود که گلوله باردار شده است؛ بنابراین به سیم مسی که در آن انتقال بار صورت می‌گیرد، جسم رسانا گویند.
تعریف رسانایی از دیدگاه جریان الکتریکی
اجسامی که می‌توانند جریان الکتریسیته را بدون اتلاف زیاد (با مقاومت الکتریکی کم) از خود عبور دهند، رسانای الکتریسیته خوانده می‌شوند.
افرادی که بیشتر با وسایل برقی کار می‌کنند، در هنگام کار از وسایلی استفاده می‌کنند که برق آن‌ها را نگیرد.
به‌عنوان‌مثال، کفش‌های مخصوص پوشیده و مشغول کار می‌شوند.
یعنی ازآنجاکه بدن انسان رسانا است، ازاین‌رو برای اینکه جریان برق از طریق بدن انسان به زمین منتقل نشود، (چون در این صورت برق گرفتگی اتفاق می‌افتد) باید از کفش‌های مخصوص یا دستگی‌های مخصوص استفاده کنند.
دسته فازمتر ماده‌ای عایق است و لذا می‌توان با استفاده از آن به‌راحتی برای تشخیص وجود یا عدم وجود جریان برق استفاده نمود.
در همهٔ این نمونه ها باید اطلاع داشته باشیم که چه اجسامی قابلیت انتقال جریان الکتریسیته رادارند و چه موادی فاقد این قابلیت هستند.
دسته اول را رسانا و دسته دوم را نارسانا می‌نامند.
رسانایی الکترونی
برای پی بردن به دلیل رسانش می‌توان ساختمان مواد رسانا را موردتوجه قرارداد. ازجمله مواد رسانای بسیار معروف فلزات هستند.
ویژگی عمده فلزات ازنظر خصوصیت الکتریکی این است که این مواد دارای الکترون‌های آزاد هستند.
این الکترون‌ها را اصطلاحاً حاملیم بار می‌گویند.
هنگامی‌که اتم‌های منزوی برای تشکیل جسم جامد فلزی باهم ترکیب می‌شوند، الکترون‌های لایه خارجی‌اتم، مقید به اتم‌های منفرد باقی نمی‌مانند، بلکه آزادانه در سرتاسر حجم جسم جامد حرکت می‌کنند.
زمانی که در جسمی جابجایی بار صورت می‌گیرد، می‌گویند از جسم جریان الکتریکی می‌گذرد؛ بنابراین اگر فلزی را در مسیر جریان الکتریکی قرار دهیم، این جریان توسط الکترون‌های آزاد منتقل می‌شود و ازاین‌رو خاصیت رسانایی بیشتر متوجه حاملیم بار و سرعت آن‌هاست.
البته غیر از فلزات رساناهای دیگری نیز وجود دارند.
از این جمله می‌توان به محلول‌های آبی نمک‌ها و اسیدها و بسیاری از اجسام رسانای دیگر اشاره کرد در این مواد رسانایی به شیوهٔ یونی انجام می‌گیرد
رسانایی یونی
یک واکنش شیمیایی است که با عبور جریان برق از درون یک محلول به وقوع می‌پیوندند.
ابر رسانا، رسانا، نیمه رسانا، نارسانا
تمام عناصر و اجسام ما ازلحاظ عبور جریان برق به سه گروه رسانا نیمه‌رسانا و نارسانا یا عایق طبقه‌بندی می‌شوند.
معمولاً در بین عناصر شناخته‌شده فلزات رسانی الکتریکی می‌باشند و غیر فلزات نارسانا و در برخی مواقع نیمه‌رسانا می‌باشند اما عدد اتمی و چینش الکترون‌ها و پیوندهای آن‌ها نقش به سزایی در رسانای الکتریکی دارد بنابراین این مورد استثنائاتی هم دارد.
مثلاً نافلز بروم درگروِ هفدهم هست دوره چهارم جدول مندلیف قرار دارد برم نافلزی است که رسانای جریان برق هست.
فلزات معمولاً نقطه‌جوش بالایی دارند همچنین سطح برّاق ندرخشانی دارند و چکش‌خوارند و با کشیدن خم می‌شوند.
۴. جریان برق را از خود عبور می‌دهند. ولی نافلزات نقطه مقابل فلزات هستند.
شبه‌فلز یک عنوان برای طبقه‌بندی عناصر شیمایی است؛ که به عناصری اطلاق می‌گردد که خواصشان میان فلز و نافلز است.
تعریف معینی برای شبه فلزها وجود ندارد اما دو خاصیت زیر مشخصه آن‌ها است:
1. شبه‌فلزها معمولاً به شکل اکسیدهای آمفوتر یافت می‌شوند.
2. شبه‌فلزها معمولاً نیمه‌رسانا هستند
عناصری که در دسته شبه‌فلزها جای می‌گیرند:
بور (B) سیلیسیوم (Si) ژرمانیوم (Ge)آرسنیک As)آنتیم وان (Sb) تلوریوم (Te) پولونیوم (Po) بعضی از آلوتروپ‌های دیگر عناصر نیز مانند شبه‌فلزها رفتار می‌کنند.
همه این عناصر در بلوک پی قرار دارند کربن دارای آلوتروپها یا دگرشکل‌هایی است.
الماس و گرافیت ازجمله دگرشکل‌های کربن هستند. دربلور الماس هر اتم کربن به‌وسیلهٔ چهار پیوند کووالانسی به چهار اتم کربن دیگر متصل است، درنتیجه چهار الکترون ظرفیت آن درگیر پیوند می‌باشند.
الماس رسانایی برق یا الکتریسیته ندارد، اما رسانایی گرمایی آن حدود پنج برابر فلز مس است.
گرافیت آلوتروپ دیگر کربن ماده‌ای سیاه و نرم بوده و ساختار لایه‌ای دارد؛ و اما در گرافیت، هر یک از اتم‌های کربن در هر لایه با سه‌اتم مجاور خود پیوند دارد.
یعنی چهار الکترون پیوندی با سه‌اتم کربن دیگر پیوند برقرار می‌کنند، بنابراین هر اتم کربن با یکی از اتم‌های کربنی که با آن پیوند دارد، پیوندی دوگانه برقرار می‌کند.
یکی از این پیوندها سست بوده و درنتیجه یکی از الکترون‌های متعلق به هر کربن تقریباً آزاد بوده و می‌تواند در سراسر لایه حرکت کند.
می‌دانید حرکت یون یا الکترون سبب رسانایی الکتریسیته می‌شود.
درنتیجه گرافیت در طول هر لایه از لایه‌های خود رسانایی الکتریسیته دارد البته با پیش رفت علم نانو کاربرد کربن بسیار بیشتر شده.
از این لحاظ اتم کربن به لحاظ انواع پیوندهایی که می‌تواند داشته باشد بی‌نظیر است همین موضوع باعث اهمیت فوق‌العاده کربن در علم نانو شده است.