Номер 580, страница 102 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

580. Чем можно объяснить высокую электропроводность и теплопроводность металлов?

Высокая электропроводность и теплопроводность металлов объясняются их особым внутренним строением на атомном уровне. В металлах атомы объединены в упорядоченную структуру — кристаллическую решетку. Особенностью металлической связи является то, что валентные электроны (электроны на внешней оболочке атома) слабо связаны со своими ядрами и легко отрываются от них.

Эти оторвавшиеся электроны становятся «свободными» или «обобществленными». Они не принадлежат какому-то конкретному атому, а могут свободно и хаотично перемещаться по всему объему кристаллической решетки, образуя так называемый «электронный газ». В узлах же самой решетки остаются положительно заряженные ионы. Именно наличие этого «электронного газа» из свободных электронов и является фундаментальной причиной высокой проводимости металлов.

Объяснение электропроводности:
Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. В металлах такими частицами являются свободные электроны. Когда к металлическому проводнику прикладывается электрическое поле (например, от батарейки), на все свободные электроны начинает действовать сила, заставляющая их двигаться в одном направлении. Это направленное движение огромного числа электронов и есть электрический ток. Концентрация свободных электронов в металлах очень велика (порядка $10^{28} - 10^{29}$ электронов на кубический метр), поэтому они способны переносить значительный заряд, что и обуславливает высокую электропроводность.

Объяснение теплопроводности:
Теплопроводность — это процесс переноса тепловой энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым. В металлах этот перенос также осуществляется в основном свободными электронами. Когда часть металла нагревается, электроны в этой области получают дополнительную кинетическую энергию и начинают двигаться быстрее. Перемещаясь по всему объему металла, эти «горячие» электроны сталкиваются с ионами решетки и другими, «холодными», электронами, передавая им часть своей энергии. Из-за высокой скорости и большой концентрации электронов этот процесс передачи энергии происходит очень быстро, что мы и воспринимаем как высокую теплопроводность. Колебания ионов в решетке (фононы) также вносят вклад в перенос тепла, но для металлов он значительно меньше, чем электронный вклад.

Таким образом, одна и та же причина — наличие большого числа подвижных свободных электронов — лежит в основе как высокой электропроводности, так и высокой теплопроводности металлов.

Ответ: Высокая электропроводность и теплопроводность металлов объясняются наличием в их кристаллической структуре большого количества свободных электронов («электронного газа»), которые являются эффективными переносчиками как электрического заряда (создавая ток), так и тепловой энергии.