الموصلية الأيونية (في الحالة الصلبة)

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
موصل بروتوني في مجال كهربائي ساكن .

الموصلية الأيونية (يرمز لها بـ λ ) هي حركة الأيونات عبر مادة صلبة، وهي ظاهرة أساسية في علم الأيونات في الحالة الصلبة . تُقاس الموصلية الأيونية بوحدة سيمنز لكل متر (S/m). في حين أن البلورات المثالية للمركبات غير العضوية عادةً ما تكون عوازل كهربائية، إلا أن التوصيل الأيوني ينشأ عند وجود عيوب فيها، سواءً كان ذلك داخليًا من خلال التنشيط الحراري أو خارجيًا عن طريق التطعيم بشوائب متعددة التكافؤ . تُمكّن هذه العيوب هجرة الأيونات من خلال توفير مسارات عبر الشبكة البلورية. تُعد الموصلات الأيونية الصلبة، المعروفة باسم الإلكتروليتات الصلبة ، مكونات أساسية في تقنيات مثل البطاريات الصلبة بالكامل ، والمكثفات الفائقة ، وخلايا الوقود ، وأجهزة الإلكترونيات الدقيقة ذات الأغشية الرقيقة . تتبع الموصلية الأيونية (σ) علاقة من نوع أرهينيوس مع درجة الحرارة، وتخضع لحواجز طاقة التنشيط المتأثرة بالبنية البلورية وتركيب العيوب. يُعد التوصيل الأيوني أحد آليات التيار الكهربائي . [ 1 ]

في المواد الصلبة البلورية

في معظم المواد الصلبة، تشغل الأيونات مواقع ثابتة، محاطة بقوة بالذرات أو الأيونات المجاورة. في بعض المواد الصلبة، تتمتع أيونات مختارة بحركية عالية تسمح بالتوصيل الأيوني. وتزداد هذه الحركية مع ارتفاع درجة الحرارة. تُستخدم المواد التي تُظهر هذه الخاصية في البطاريات. ومن المواد الصلبة الموصلة للأيونات المعروفة β ''- ألومينا ("BASE")، وهي شكل من أشكال أكسيد الألومنيوم يحتوي على قنوات يمكن أن تنتقل عبرها كاتيونات الصوديوم. عندما يُعقد هذا السيراميك مع أيون متحرك ، مثل Na + ، فإنه يتصرف كموصل أيوني سريع . يُستخدم BASE كغشاء في أنواع عديدة من الخلايا الكهروكيميائية للأملاح المنصهرة . [ 2 ]

تاريخ

لطالما حظي التوصيل الأيوني في المواد الصلبة باهتمام كبير منذ مطلع القرن التاسع عشر. ففي عام 1839، أثبت مايكل فاراداي أن قوانين التحليل الكهربائي تنطبق أيضًا على المواد الصلبة الأيونية مثل فلوريد الرصاص الثنائي ( PbF₂ ) وكبريتيد الفضة ( Ag₂S ) . وفي عام 1921، وُجد أن يوديد الفضة الصلب ( AgI ) يتمتع بموصلية أيونية عالية للغاية عند درجات حرارة أعلى من 147 درجة مئوية، حيث يتحول إلى طور ذي موصلية أيونية تبلغ حوالي 1 سم⁻¹ . يُعد هذا الطور ذو درجة الحرارة العالية من AgI مثالًا على الموصل الأيوني الفائق . يسمح التركيب غير المنتظم لهذه المادة الصلبة لأيونات Ag⁺ بالحركة بسهولة. أما الرقم القياسي الحالي لأعلى موصلية أيونية فهو للمادة ذات الصلة Ag₂[HgI₄]. [ 3 ] طُوِّرت مادة β ' ' -ألومينا في شركة فورد موتور في إطار البحث عن جهاز تخزين للمركبات الكهربائية أثناء تطوير بطارية الصوديوم والكبريت . [ 2 ]  

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ريتشارد تورتون. (2000). فيزياء المواد الصلبة. نيويورك: مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN 0-19-850352-0.
  2. 1 2 لو، شياوتشوان؛ شيا، غوانغوانغ؛ ليمون، جون ب.؛ يانغ، تشنغوو (2010). "مواد متقدمة لبطاريات أكسيد الألومنيوم بيتا الصوديوم: الوضع الراهن والتحديات والآفاق". مجلة مصادر الطاقة . 195 (9): 2431-2442 . Bibcode : 2010JPS...195.2431L . doi : 10.1016/j.jpowsour.2009.11.120 .
  3. ↑ غرينوود، نورمان ن .؛ إيرنشو، آلان (1997). كيمياء العناصر ( الطبعة الثانية). باتروورث-هاينمان. ص 800. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN   978-0-08-037941-8.