Barcha moddalar atomlardan tashkil topgan bo‘lib, atom tarkibida elektron va proton deb ataladigan zaryadlangan zarrachalar mavjud. Bu zarralar mos ravishda manfiy va musbat zaryadga ega. Elektr toki (electricity)ning barcha ko‘rinishlari aynan shu elementar zarrachalardagi zaryad tufayli yuzaga keladi. Elektr o‘tkazuvchanlik (conduction) — bu zaryadlangan zarrachalarning tartibli ravishda harakatlanishi natijasida modda bo‘ylab zaryadning umumiy (net) ko‘chishi sodir bo‘lishidir. Zaryadlangan zarrachalar tartibli harakat qilganda, elektr toki hosil bo‘ladi.
Suyuqliklarda elektr o‘tkazuvchanlik
Metallar elektr tokini harakatchan elektronlar yordamida o‘tkazadi. Metallardagi eng tashqi elektronlar atom tomonidan bo‘shroq ushlab turiladi, shuning uchun ular atomdan atomga erkinroq ko‘cha oladi. Shu sababli metallar elektrning juda yaxshi o‘tkazgichlaridir. Suyuqliklar esa elektrni boshqa yo‘l bilan o‘tkazadi. Metallardan farqli ravishda, suyuqliklardagi kimyoviy bog‘lanish (chemical bonding) elektronlarning erkin harakatlanishiga imkon bermaydi. Demak, suyuqlik (masalan, suv) elektr o‘tkaza boshlashi uchun avval unga zaryadlarni “kiritish” kerak bo‘ladi. Ayrim birikmalar (ionli birikmalar (ionic compounds)) suvda eriganda, ular dissotsiatsiyalanadi (dissociating), ya’ni bog‘lari uzilib, tarkibiy qismlarga ajraladi. Bog‘ uzilganda, birikma tarkibi zaryadga ega bo‘lgan bir nechta tarkibiy atom (yoki zarracha)larga ajralib ketadi. Elektron(lar)ni yo‘qotgan atomda protonlar soni elektronlar sonidan ko‘proq bo‘ladi; elektronlarni qo‘lga kiritgan atomda esa elektronlar protonlardan ko‘proq bo‘ladi. Natijada zaryad muvozanati buzilib, atom musbat yoki manfiy zaryadga ega bo‘lib qoladi. Bir yoki bir nechta elektronni yo‘qotish yoki qo‘shib olish natijasida zaryadlangan holatga o‘tgan atom ion (ion) deb ataladi.
Moddalarda elektr o‘tkazuvchanlik
Keling, turli suyuqliklardan elektr toki qanday o‘tishini tushunish uchun tajriba qurilmasidan foydalanamiz. Bilamizki, elektr — zaryadlangan zarrachalarning jism (body) bo‘ylab harakatidir. Metall kabi qattiq jismlarda elektronlar atomlarga bo‘shroq bog‘langan bo‘lgani uchun ular metall buyum ichida atomdan atomga erkin ko‘cha oladi. Elektronlarning ana shu harakatchanligi orqali metall orqali elektr tokini o‘tkaza olamiz. Agar elektr toki buyumdan oson o‘tsa, bunday buyumlar elektrning yaxshi o‘tkazgichlari (good conductors) deyiladi. Elektr oqimining o‘tishiga yo‘l qo‘ymaydigan materiallar izolyatorlar (insulators) deb ataladi. Elektr o‘tkazadigan suyuq elementlar faqat suyuq metallar bo‘lib, xona haroratida suyuq holatda bo‘ladigan yagona metall — simob (Mercury). Ushbu tajriba elektrning suyuqlik orqali aynan qanday o‘tishini aniqlashga yordam beradi.
Endi yana tajriba qurilmasiga qaytamiz. Ushbu qurilma moddaning elektr o‘tkazuvchanligini tekshirish uchun ishlatiladi. Qurilma batareya kabi kuchlanish manbai (voltage source)ga ulangan, shisha lampochkali elektr zanjiridan (electric circuit) iborat. Zanjirda ataylab qilingan uzilish (discontinuity) — ya’ni maxsus “sindirib qo‘yilgan” joy mavjud. Bu uzilish o‘rniga ikki ta elektrod o‘rnatiladi; elektrodlarni turli moddalar ichiga botirib, jism (body) orqali elektr o‘tkazilishining xususiyatini tekshirish mumkin.
Elektrodlar simob kabi o‘tkazuvchi modda ichiga botirilganda, tok zanjirdan elektrodga, elektroddan esa o‘tkazuvchi material ichiga oqadi; u yerdan ikkinchi elektrodga, so‘ngra lampochkaga o‘tib, zanjirni yopadi. Agar lampochka yonsa, demak modda tok o‘tkazadi. Tok o‘tkazmaydigan modda ichida esa tok elektroddan modda ichiga o‘ta olmaydi, natijada zanjir uzilganicha qoladi. Bu holatda chiroq yonmaydi. Bu tajriba asosan eritmalar (solutions)ning elektr o‘tkazuvchanligini tekshirish uchun o‘tkaziladi. Agar chiroq yonsa, eritma elektr o‘tkazadi. Agar chiroq xira yonsa, demak u juda kam elektr o‘tkazadi. Keling, ushbu tajribaning bir nechta keng tarqalgan eritmalar uchun natijalarini ko‘ramiz.
Tajribadan shuni xulosa qilamizki, tuz (salt) eritmasida elektr o‘tkazuvchanlikni ta’minlaydigan “nimadir” bor. Demak, buning sababini chuqurroq tushunishimiz kerak. Javob — ionlar (ions). Ionli va kovalent birikmalar haqida hamda elektrning qanday o‘tkazilishi haqida boshqa maqolada bilib olishingiz mumkin. Batafsil ma’lumot quyidagi havolada berilgan.
Shuni ham yodda tutish kerakki, oddiy kran suvida ko‘plab birikmalar erigan bo‘ladi; buni biz suvning qattiqligi (hardness) deb ataymiz. Elektr o‘tkazuvchanlik ko‘p jihatdan aynan shunga bog‘liq, shu sababli kran suvining o‘tkazuvchanligi joydan joyga farq qilishi mumkin. Ushbu tajriba orqali qaysi eritmalar elektr o‘tkazishini, qaysilari o‘tkazmasligini bildik, ammo suyuqliklarda elektr o‘tkazuvchanlik mexanizmi (mechanism) nimadan iborat? Nega ayrim eritmalar o‘tkazadi-yu, boshqalari o‘tkazmaydi — buni ham chuqurroq o‘rganing. Atrofingizdagi barcha narsaning ilmiy asosini BYJU’S bilan o‘rganing. Bizga qo‘shiling va o‘qishni sevib qoling.
Ionli va kovalent birikmalar
Eritmada ionlarning hosil bo‘lishi asosan birikma atomlari orasidagi kimyoviy bog‘lanish turiga bog‘liq bo‘ladi. Kovalent birikmalar (covalent compounds) odatda metall bo‘lmagan elementlardan tuziladi va ularda elektronlar bo‘lishib (shared) bog‘lanadi. Kovalent bog‘da elektronlar bo‘lishib ishlatilgani uchun bunday birikmalar eritmada zaryadlangan ionlarga ajralib keta olmaydi. Ionli birikmalar (ionic compounds) esa zaryadlangan zarrachalardan — ionlardan tashkil topgan birikmalardir. Musbat ionlar metall atomlari bir yoki bir nechta elektronni yo‘qotganda hosil bo‘ladi. Manfiy ionlar esa metall bo‘lmagan atomlar qo‘shimcha bir yoki bir nechta elektronni qo‘lga kiritganda paydo bo‘ladi. Musbat va manfiy ionlar bir-birini tortadi va birikib, ionli birikmalarni hosil qiladi. Qarama-qarshi zaryadli ionlar o‘zaro tortishib, bir-birini “ushlab turishga” intiladi. Natijada ionli birikma deb ataladigan moddalar vujudga keladi. Masalan, natriy atomi bitta elektronini yo‘qotishi mumkin, bu elektronni esa xlor atomi qabul qiladi. Shunday qilib, musbat zaryadli natriy ioni (Na+) va manfiy zaryadli xlorid ioni (Cl–) hosil bo‘ladi. Ular birikib, NaCl ionli birikmasini hosil qiladi.
Ionlar va ularning ionli birikmalariga yana bir nechta misollar:
Ionli birikmalar kovalent birikmalardan farqli ravishda elektronlarni bo‘lishmaydi; shu sababli ular tarkibiy ionlariga ajralib ketishi (dissociate) mumkin. Ionlar ion bog‘larni hosil qilgani uchun ular zaryadni saqlab qoladi, ya’ni ionlardagi musbat va manfiy zaryad doimiy (permanent) bo‘ladi. Aynan zaryadlarning ajralganligi sababli suv molekulalari bog‘larga oson “ta’sir qilib”, musbat va manfiy ionlarni bir-biridan ajratib yuborishi mumkin. Buni moddaning erishi (dissolution) deb ataymiz. Ionli birikma suvda eriganda, u tarkibiy ionlariga ajraladi. Masalan, osh tuzi (NaCl) suvda eriganda Na+ va Cl– ionlariga ajraladi. Ionlar mavjud bo‘lgan bunday eritmaga elektr potensial (electric potential) qo‘llansa, ionlar qarama-qarshi zaryadlangan elektrodlarga tomon ko‘chib, elektr zanjiri ni yopishga yordam beradi, neytral molekulalar esa potensialga deyarli javob bermaydi. Shuning uchun ionlar mavjud bo‘lgan eritmalar elektr o‘tkazadi, faqat neytral molekulalardan iborat eritmalar esa elektr o‘tkazmaydi. Ko‘rsatilgan zanjirda elektr toki oqishi va lampochkaning yonishi faqat ionlar bo‘lgandagina sodir bo‘ladi. Eritmadagi ionlar konsentratsiyasi (concentration) qanchalik past bo‘lsa, tok shunchalik kuchsiz bo‘ladi va lampochka shunchalik xira yonadi. Ionlarning harakati suyuqliklarda elektr o‘tkazuvchanlik uchun juda muhim. Masalan, toza suvda ionlar konsentratsiyasi juda past bo‘ladi, shuning uchun u elektrni yomon o‘tkazadi. Dengiz suvi kabi sho‘r suvda esa ko‘plab erigan ionli birikmalar bo‘ladi va ular eritmada ionlarga ajraladi. Bu ionlar elektr tokini o‘tkazishga yordam beradi. Demak, sho‘r suv eritmada ionlar mavjudligi sababli elektrning yaxshi o‘tkazgichidir.
Tez-tez so‘raladigan savollar (FAQs)
Q1
O‘tkazgichlar nima?
Elektr maydon (electric field) qo‘llanganda elektronlarning harakati hisobiga elektr toki hosil bo‘ladigan jismlar elektr o‘tkazgichlar (electrical conductors) deyiladi.
Q2
Izolyatorlar nima?
Ayrim jismlarda metallardagidek erkin harakatlanuvchi elektronlar bo‘lmaydi. Plastmassa va rezina kabi materiallarda elektronlar “mahkam” (fixed) bo‘lib, elektr maydonga umuman javob bermaydi. Bunday materiallarda elektronlar erkin harakatlana olmaydi va elektr toki hosil qila olmaydi. Shunday jismlar elektr izolyatorlar (electrical insulators) deb ataladi.
Q3
Elektr tokini ta’riflang.
Elektr toki — elektronlar yoki ionlar kabi zaryadlangan zarrachalarning elektr o‘tkazgich (electrical conductor) orqali oqimidir.
Q4
To‘g‘ri tok (direct current) nima uchun shunday ataladi?
Yo‘nalishi o‘zgarmay bir xil qoladigan elektr toki to‘g‘ri tok (direct current) deb ataladi. To‘g‘ri tok elektronlarning yuqori elektron zichligi (high electron density) bo‘lgan hududdan past elektron zichligi (low electron density) bo‘lgan hududga uzluksiz ravishda oqib borishi bilan tavsiflanadi.
Q5
Statik elektr nima?
Statik elektr (static electricity) — material yoki modda yuzasida to‘planib qoladigan elektr zaryadlaridir. Bu zaryadlar yerga ulaguncha (grounded) yoki razryad bo‘lguncha (discharged) harakatsiz (static) holda qoladi.
