هل الخصائص المميزة لأشباه الفلزات أنها شبه موصلة للتيار الكهربائي والحرارة؟ أم أنها قابلة للتشكيل والطرق والسحب؟ أم هي عازلة للتيار الكهربائي والحرارة؟ من أهم الأسئلة التي تجعل الأمور تختلط على الطالب الذي يدرس مادة العلوم، لذا من خلال موضوعنا اليوم سنذكر إجابة السؤال بالإضافة إلى توضيح بعض المعلومات المتعلقة بأشباه الفلزات.
شبه الموصل/ الفلز هو المادة الصلبة التي تمنح التيار الكهربي فرصة المرور من خلالها لكنه يجد صعوبة في ذلك، حيث تتوسط موصلية شبه الفلز ما بين الموصلات الجيدة والعوازل التامة، ونظرًا لأن لكل مادة ما يُميزها عن غيرها من الخصائص جدير بالذكر أن الخصائص المميزة لأشباه الفلزات أنها شبه موصلة للتيار الكهربائي والحرارة.
لا يفوتك أيضًا: موضوع عن الفلزات واللافلزات
أنواع أشباه الفلزات
الخصائص المميزة لأشباه الفلزات أنها شبه موصلة للتيار الكهربائي والحرارة بالفعل، لكن ذلك لا يمنع حقيقة انقسامها إلى نوعين مختلفين، ومن خلال السطور التالية سنوضح الفرق بينهما بشيء من التفصيل:
1- أشباه الموصلات الداخلية
يختص هذا النوع بأشباه الموصلات وهي في حالتها النقية، بل في أنقى صورة لها، والتي قد يعرفها البعض باسم الموصلات الجوهرية، حيث يحمل غلاف التكافؤ الخاص بمادتها عدد متساوٍ من الإلكترونات مع عدد الثقوب أو الفجوات، مع العلم بأن مادة السيليكون تحتوي على 4 إلكترونات في غلاف التكافؤ الخاص بها.
إقرأ أيضا:التعليم المفتوح وعلاقتة بالتعلم عن بعد 20252- أشباه الموصلات الخارجية
هنا تتغير أشباه الموصلات من حالتها النقية إلى حالة أخرى بعد إضافة الشوائب لها، على أن تكون تلك الشوائب مواد مثل الأنتيمون، والبورون، وما يُشبههم من المواد الأخرى التي تمثل منشطات نموذجية بكميات دقيقة جدًا، وبعد إضافتها لها تُصبح أشباه الموصلات الخارجية على قدر أكبر من الموصلية.
جدير بالمعرفة أنه يتم اختيار المواد المنشطة وفقًا لشروط معينة، حيث يجب أن تحتوي على 5 أو 3 إلكترونات في نطاق التكافؤ، مع مراعاة أن تكون الكمية المستخدمة من تلك المنشطات بتركيز جزء واحد من مائة مليون جزء.
مع العلم بأنه يتم تقسيم أشباه الموصلات الخارجية تقسيم داخلي وفقًا للمادة المستخدمة لتحويلها من الحالة النقية إلى الشائبة، على أن يكون ناتج التقسيم متمثل في N – type Semiconductor أي شبه الموصل السالب بحيث يكون حرف (n) اختصار لكلمة (Negative)، وP – type Semiconductor الذي يُعني شبه الموصل السالب بحيث يكون (P) اختصار لكلمة (Positive).
لا يفوتك أيضًا: مادة لا يمكن تجزئتها إلى مواد أصغر
استخدامات أشباه الفلزات
المعرفة بأن الخصائص المميزة لأشباه الفلزات شبه موصلة للتيار الكهربائي والحرارة تعتبر مصدر لإثارة فضول الكثيرين نحو البحث عن استخداماتها، لذا قُمنا بذكر كافة الاستخدامات التي دخلت فيها أشباه الفلزات بشكل مختصر، عبر السطور التالية:
إقرأ أيضا:إذاعة مدرسية عن عيد الاستقلال الأردني 2025- صنع الأجهزة ذات القدرات الكهربائية الخاصة، والتي تُتيح إمكانية السيطرة على الإشارات الكهربائية والتحكم فيها، وذلك نظرًا لأنه قد تتغير موصلية أشباه الموصلات بسهولة.
- تدخل في صناعة مكبرات الصوت، والسيارات، والصمام الثنائي للمصباح، وهو المسؤول عن بعث الضوء إلى الخارج، كما أنه يستخدم في الشاشات بدلًا من تقنيات الإضاءة التقليدية.
- تستخدم في تكنولوجيا الطاقة الشمسية، حيث تقوم بتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية.
- تصنيع الأجهزة الإلكترونية الحديثة من خلال تكوين بعض مكوناتها، مثل الهواتف المحمولة، والراديو، وأجهزة الكمبيوتر.
- تدخل في صناعة آلات الطباعة ثلاثية الأبعاد.
- تكوين طاقة المولدات والمبردات الحرارية الكهربائية، وذلك نظرًا لما تحتوي عليه من عوامل طاقة حرارية كبيرة.
- صنع الترانزستور الذي يعتبر حجر الأساس لبناء شرائح الذاكرة ووحدات المعالجة المركزية.
مميزات أشباه الفلزات
بعد التأكد من أن الخصائص المميزة لأشباه الفلزات أنها شبه موصلة للتيار الكهربائي والحرارة جدير بالمعرفة أن هذا الأمر يعود بالعديد من المميزات على شبه الموصل، ومن ثم تعود تلك المميزات بالنفع علينا، حيث جاءت الإيجابيات الخاصة بها على النحو التالي:
- إمكانية تشغيل الأجهزة المصنوعة من أشباه الفلزات فورًا بعد تشغيل جهاز الدائرة.
- صغر حجمها الذي يجعل الدوائر التي تشملها مضغوطة بشكل كبير.
- ترتبط الإلكترونات بذرات أشباه الموصلات بشكل كبير، مما يجعلها عازلة تمامًا عند الوصول إلى درجة صفر كلفن.
- يُمكن استخدامها كموصلات للكهرباء، حيث ينتج ذلك عن حدوث ارتفاع في درجة حرارتها حتى تتكون كمية كبيرة من الطاقة الحرارية، والتي تكفي لكسر الروابط بين الذرات، مما يؤدي إلى تحرر بعض الإلكترونات فيصبح مكانها فارغًا، وهو ما يترك فجوة.. وذلك تحديدًا ما يجعل الدائرة موصلة للكهرباء عند تحرك الفجوات في الطريق العكسي للإلكترونات.
تأثير الحرارة على أشباه الفلزات
إقرأ أيضا:خطوات طباعة صحيفة أحوال معلم بالرقم القومي أو الاسم 2025تعتبر الحرارة من العوامل المؤثرة على موصلية الكهرباء لدى أشباه الموصلات النقية، لذا عند محاولة رفع درجة حرارة بلوزة نقية من أشباه الموصلات فإن هناك من الإلكترونات ما سيُحرر نفسه ويترك مكانه فارغًا، والمكان الفارع هذا هو تحديدًا ما يتسبب في حركة الإلكترونات بين الروابط.
المقصود من ذلك هو أن التوصيل الكهربائي في بلورة شبه الفلز النقي قد نتج من احتكاك الإلكترونات والأماكن الفارغة داخل البلوزة النقية.
تحديدًا عن طريق حركة الإلكترونات في اتجاه مرور التيار الإلكتروني، بينما تتحرك الفجوات في اتجاه مرور التيار الاصطلاحي، وبذلك فإن حركة الإلكترونات تكون معاكسة تمامًا لحركة الفجوات.
لذلك دائمًا ما يُقال إن التيار الإلكتروني والتيار الاصطلاحي يكونان متساويان في المقدار ومتعاكسان في الاتجاه عند درجات الحرارة العادية.
ومن خلال ما أوضحناه يُمكننا القول إن أشباه الفلزات تكون عازلة للتوصيل الكهربائي عند درجات الحرارة المنخفضة، بينما تتحول إلى مواد جيدة التوصيل الكهربائي بقدر مقبول عند درجات الحرارة المرتفعة.
لذا يجب العلم أن الطاقة الحرارية تلعب دور هام جدًا في مساعدة الإلكترونات على المرور بين فجوات الطاقة داخل البلورة النقية، وهو تحديدًا ما يتسبب في تحول شبه الفلز من الحالة الأولى وهي العزل الكهربائي إلى الحالة الثانية وهي التوصيل الكهربائي الجيد.
لا يفوتك أيضًا: بحث عن المغانط الدائمة والمؤقتة
خصائص أشباه الفلزات
الخصائص المميزة لأشباه الفلزات أنها شبه موصلة للتيار الكهربائي والحرارة لكنها الخاصية الأكثر شيوعًا وتمييزها لها، حيث يوجد العديد من الخصائص الأخرى المتمثلة في الشكل الخارجي لها وتأثير العوامل المختلفة عليها، مما يجعل خصائصها منقسمة إلى خصائص كيميائية وأخرى فيزيائية، ومن خلال السطور التالية سنتعرف على كل واحدة منهما على حدة:
1- خصائص أشباه الفلزات الكيميائية
الخصائص الكيميائية هي التي يتم معرفتها أو ملاحظتها عند تعرض المواد للتفاعلات الكيميائية، مثل التسخين أو الحرق أو الصدأ، أي تختص بكيفية تفاعلها مع المواد الأخرى المختلفة، فجاءت الخصائص الكيميائية الخاصة بأشباه الفلزات على النحو التالي:
- تعدد الأشكال البلورية.
- عند التفاعل مع المواد من فئة الهالوجينات تزداد قدرتها على تكوين المركبات.
- قابلية التأكسد، مع العلم بأنه إذا تم التأكسد مع المعادن فإنه من الممكن تكوين السبائك المعدنية.
- الانكماش عند الذوبان.
لا يفوتك أيضًا: شرح درس الجدول الدوري الحديث
2- خصائص أشباه الفلزات الفيزيائية
أما الخصائص الفيزيائية فهي المعتمدة على التغير الحادث في الشكل الخارجي للمادة، مثل الرائحة واللون والحجم وما إلى ذلك من أمور مختلفة، والكثير من الخصائص الفيزيائية الأخرى التي سنوضحها فيما يلي:
- التباين في درجات الانصهار.
- البريق المتوسط ما بين البهتان واللمعان.
- التباين في درجة الغليان.
- التمتع بالمرونة، حيث يُمكن في بعض الحالات أن يتم تسوية المواد شبه الموصلة بشكل مسطح تمامًا.
- القدرة على توصيل الكهرباء والحرارة بشكل أقل من المواد الفلزية وأكبر من المواد اللافلزية.
- التباين في الكثافة.
- التمتع بالصلابة، لكن بدرجات متباينة.. حيث يوجد بعض من المواد الهشة منها، بينما البعض الآخر صلب.
تعتبر أشباه الفلزات من المواد التي تمتلك خصائص نادرة عند تفاعلها مع التيار الكهربي، حيث تتوسط موصليتها بين الموصلات الجيدة والموصلات العازلة.
