המתכות מהוות כ-75% מהיסודות, התכונות המאפיינות אותן, בין היתר, הן מוליכות טובה של חום, מוליכות טובה של חשמל, ברק מתכתי ויכולת ריקוע (ניתן ליצר ממתכות חוטים או משטחים דקים, כמו חוטי חשמל ורדידי אלומיניום).
כל ארבעת התכונות הנ"ל מוסברות עלי ידי המבנה הכימי-פיסיקלי של המתכות: באופן כללי המתכות נמצאות בצד השמאלי של הטבלא המחזורית, עם מספר קטן, יחסית, של אלקטרונים בקליפה החיצונית, עקב כך המתכות נוטות למסור את האלקטרונים החיצוניים שלהם (במינוח יותר מדוייק – אנרגיית היינון של המתכות, כלומר האנרגיה שדרוש להשקיע בכדי להוציא אלקטרון מהאטום, נמוכה), ובכך מגיעים לרמות אלקטרוניות מלאות ויציבות. (האל-מתכות, נמצאות בחלק הימני של הטבלא המחזורית, עם מספר גדול, יחסית, של אלקטרונים ברמה החיצונית, ובכדי להגיע לרמה אלקטרונית מלאה הם נוטים לקבל אלקטרונים).
כאשר מתכת נמצאת במצב טהור, כל האטומים שבה מוסרים את האלקטרונים החיצוניים שלהם למין קולקטיב, "לטובת הכלל", כך שהאטומים הופכים ליונים חיוביים (אחרי שמסרו אלקטרונים בעלי מטען חשמלי שלילי) המוקפים באלקטרונים חופשיים של כל האטומים האחרים. הדימוי המקובל הוא שהיונים "שוחים בתוך ים של אלקטרונים" כפי שניתן לראות בתמונה הבאה:


שריג של אבץ. בסה"כ המטען החשמלי הוא אפס כי מטען האלקטרונים מאזן את מטען היונים החיוביים.

האלקטרונים בתוך "ים האלקטרונים" הם כאמור חופשיים, האם אינם קשורים ישירות לשום אטום/יון. עקב כך: המתכות מוליכות חשמל טוב (האלקטרונים, נושאי המטען החשמלי חופשיים לנוע), מוליכים חום טוב – על ידי התנגשויות אחד בשני הם מוסרים אנרגיה במהירות מקצה אחד של המתכת לשני. ובאמת, המתכות שמוליכות הכי טוב חשמל: כסף, נחושת, זהב ואלומיניום – גם מוליכות הכי טוב חום.


חוטי חשמל מנחושת (התמונה באדיבות אתר ויקיפדיה)

יכולת הריקוע מוסברת על ידי כך שים האלקטרונים מהווה דבק שמחבר ומחזיק יחד את היונים החיוביים, ועל ידי כך מונע מהמתכות להתפורר בעת ריקוע (בניגוד, למשל לגביש של מלח שנשבר מיד כאשר מפעילים עליו כוח), גם הברק המתכתי מוסבר על ידי האלקטרונים החופשיים,
כך שלסיכום: התשובה לשאלה היא בהחלט כן.
דרך אגב, גם ההפך הוא הנכון – כאשר רוצים ליצר חומר שהוא מבודד טוב מחום, כמו למשל אריחים שמצפים מעבורות חלל, משתמשים בחומרים קֶרַמיים, שהינם חומרים יונים, בהם אין אלקטרונים חופשיים, וגם ההולכה החשמלית וגם ההולכה התרמית, אפסיים.

מאת: ד"ר אבי סאייג
המחלקה לנוירוביולוגיה ומכון דוידסון לחינוך מדעי
מכון ויצמן למדע  

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.

5 תגובות

  • חיים

    מוליכות חום במתכות ובכלל

    קראתי ההסבר של ד"ר אבי סאייג ולא הבנתי איך המכניזם הזה מתבצע.
    ליתר פרוט, מה מאפיין את המתכת כאשר היא חמה. איך זה משפיע על האלקטרונים והיונים?
    ובהמשך, איך מתבצעת הולכת החום.

  • מזל מכלוף

    מוליכות חשמלית במתכות

    השאלה שהפנתי לאתר "בשער" הייתה לגבי מידת ההולכה השונה במתכות. ברור לי שתופעת ההולכה החשמלית נובעת מהמצאותם של אלקטרונים חופשיים אך מה עושה את המתכת כסף למוליכה הטובה ביותר? ניסיתי לבדוק האם זה קשור למס' האלקטרונים החופשיים או צפיפות החומר אך לא גיליתי עקביות שתקשור גורמים אלו לדרוג המוליכות החשמלית של המתכות שבדקתי. בתודה מראש

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    תשובה

    זה קשור למידת חופשיותם של האלקטרונים ולמספרם וצפיפותם. בכסף זה מקסימליזציה של כל הגורמים.

  • עידית

    הולכת לו במתכות

    קראתי את תשובתו של דר' אבי סאייג ורציתי לחדד את ההסבר לעצמי:
    האם ההתנגשויות בין אלקטרון לאלקטרון הן אלה שמוליכות את החום? האם הדחייה החשמלית שבין האלקטרונים לא מונעת מהם להתנגש?
    הייתי שמחה לקבל הסבר מדוייק ככל האפשר לשאלת הולכת החום כי זה מעניין אותי, אני מלמדת את הנושא בכיתות י' והסוגייה הזו עלתה בכיתה ולא היה לי מענה מלא ברמה החלקיקית.
    בברכה
    עידית

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    תשובה

    אלקטרונים באמת לא יכולים להתנגש זה בזה באמת, כמו שכתבת - בגלל כח הדחיה. אבל - הם לא חייבים לגעת זה בזה כדי להשפיע אחד על השני (תחשבי על שני מגנטים שדוחים זה את זה, שנמצאים משני צידדיו של שולחן, כאשר מקרבים אחד - השני זז בלי לגעת. באותו אופן - האלקטרונים)