Akım (elektron akımı) taşıyıcılarının katı maddelerde ve gazlarda serbest elektronlar iken sıvılarda akım taşıyıcılarının iyonlardır. Katı iletkenlerden akım geçirerek ısı, ışık vb. şeylerin elde edilmesinin yanında elektrik akımını (elektrik enerjisini) bir yerden başka bir yere taşımak (iletmek) için kullanılırlar. Buna karşın sıvı ve gazlarda amaç akımı iletmek değil, akımın geçişi esnasında gerçekleşen olaylardan faydalanmaktır.
Örneğin, bir elektroliz devresinden akım geçerken saf metaller elde edilebilir ya da içinde gaz bulunan bir floresan tüpten ışık elde edilir.
Elektrik Akımının Metallerden Geçişi
Bir kaynağın uçları bir alıcı üzerinden iletkenler vasıtasıyla birleştirildiğinde devreden elektrik akımının geçtiğini biliyorsunuz. Bu akımın taşıyıcılarının iletkenlerin atomlarındaki (son yörüngede) serbest elektronlar olduğunu da biliyorsunuz. Hatırlayacağınız gibi son yörüngesinde 3 ve daha az elektron bulunduran atomlardan oluşan metal maddelere iletken madde diyoruz. Ayrıca son yörünge elektron sayısı (en fazla üç olmak kaydıyla) az olan atomlardan oluşan maddeler, çok olanlara göre daha iyi iletkendi. Uçları boşta duran bir alüminyum iletken ve atomlarının son yörünge elektronlarının durumları görülmektedir. Her bir elektron kendi atomunun çevresinde büyük bir hızla dönüşüne devam etmektedir. Alüminyum atomlarının son yörüngesinde üç elektron vardır ve örneğin bakıra göre daha kötü bir iletkendir.
Bu hatırlatmalardan sonra serbest elektronları harekete geçiren etkenin ne olduğuna bakalım. Kaynağın artı ucunu oluşturan cismin atomları kararlı (nötr) hale geçebilmek için elektron almak zorundadırlar. Kaynağın eksi ucunu oluşturan cismin atomları ise kararlı hale geçebilmek için elektron vermek zorundadırlar. Kaynağın iki ucu alıcı üzerinden birleştirildiğinde metal iletken atomları iki tür kuvvetin etkisinde kalırlar. Birincisi kaynağın eksi ucuna yakın atomlara eksi uç tarafından zorla elektron verme isteğidir. İkincisi ise kaynağın artı ucuna yakın iletken atomlarından zorla elektron alma isteğidir. İşte bu kuvvetler sonucunda metal iletkenin bir ucundaki atomlar kayak atomlarına elektron kaptırırken diğer ucundakiler kaynak atomları tarafından kendilerine zorla elektron verilirler. Bu durumda kararlı hale geçmek isteyen ve elektron almış iletken atomları, fazla elektronlarını yakınlarındaki atomlara vererek ve elektron kaybetmiş atomlar da yakınlarındaki atomlardan elektron alarak kaynağın iki ucu arasında elektron taşıyıcılığı yaparlar.
Elektrik Akımının Sıvılardan Geçişi
Sıvılar aslında yalıtkan olmalarına karşın bileşik halinde olan ve atomları iyonlarına ayrılabilen bazı sıvılar, suya karıştırıldıklarında iletken olabilirler. Örneğin, saf su yalıtkan olmasına karşın suya asit, baz ya da tuz karıştırıldığında suda çözünürler (reaksiyona girerler) ve reaksiyon sonucu ortaya çıkan iyonlar sulu çözeltiyi (elektrolitik sıvı) iletken hale getirirler. Suda çözündürüldüklerinde en iyi iletkenlik asitlerle elde edilir, ardından sırası ile bazlar ve tuzlar gelir.
Elektroliz devresinde suyun iletkenliğini sağlamak içim sodyum klorür (NaCl) kullanılmıştır. Devredeki kapta sodyum (Na+ ) ve klor (Cl- ) iyonları bulunmaktadır, çünkü sodyum klorür suda çözünerek Sodyum (Na+ ) ve klor (Cl- ) iyonlarına ayrışmıştır. Devredeki kaynak ve lamba çözeltiye daldırılmış elektrotlar üzerinden kablolarla birleştirilmiş, çözelti (elektrolit) üzerinden kapalı bir devre oluşturulmuştur. Anlatımımızı bir (tek) elektron üzerinden yaparsak anlaşılabilirlik açısında faydalı olabilir. Kapalı devre oluşturulduğu anda kaynağın (pilin) negatif (-) ucundan çıkan bir elektron kabloya, kablodan da negatif uca bağlı elektroda (katot) geçer. Bu anda katodun yük dengesi değiştiği ve negatif yüklendiği için sodyum (Na+ ) iyonlarından birini kendine çeker ve ona bir elektron verir. (Sodyum nötr hale gelir.) Aynı anda kaynağın pozitif ucu kablodan bir elektron koparır (alır) ve kablo da pozitif elektrottan (anot) bir elektron çeker. Yük dengesi bozulan ve pozitif yüklenen anot, Klor (Cl- ) iyonlarından birini kendine çeker ve ondan bir elektron koparır. (Klor da nötr hale gelir.)
Elbetteki bir anda (kaynak tarafından) katoda milyonlarca elektron verilmekte ve anottan milyonlarca elektron çekilmektedir. Buna bağlı olarak milyonlarca Sodyum iyonu (Na+ ) katoda doğru hareket ederek katotla bileşik oluşturmakta (birleşmekte) ve milyonlarca Klor iyonu (Cl- ) anoda doğru hareket etmekte ve anotla birleşmektedir. Bunlar olurken aynı sayıda elektron lambanın üzerinden geçmekte ve lambanın ışık yaymasını sağlamaktadır.
Bir elektroliz devresinde, elektrolitik sıvıya batırılan iletken çubuklara elektrot denir. Kaynağın pozitif ucuna bağlanan elektroda anot, negatif ucuna bağlanan elektroda ise katot denir. Elektrolitik sıvıda çözülen asit, baz ya da tuz iyonlarına ayrılır. Pozitif iyonlara katyon, negatif iyonlara ise anyon denir. Bunun sebebi iyonlar bazen ya direkt ya da bileşik halinde açığa çıkarken bazen de elektrotlarla birleşirler. İşte pozitif elektrot olan anotla birleştiği için negatif iyonlara anyon ve negatif elektrot olan katotla birleştiği için pozitif iyonlara da katyon denir.
Elektrik Akımının Gazlardan Geçişi
Gazlar da sıvılar gibi normalde yalıtkandırlar. Ancak bir tüp içerisindeyken düşük basınç altında ve yüksek gerilimin etkisindeki bazı gazlar, atomlarının iyonlaşması sonucu iletken hale geçebilirler. Bu konuda en bilinen örneklerden biri floresan lambaların tüplerinde kullanılan argon gazıdır. Havası alınmış lamba tüpünün içerisinde argon ve civa (buhar halinde) bulunur.
Bilindiği gibi argon (Ag) gazı atomlarının son yörüngelerinde 8 elektron bulunmaktadır ve bu özelliğinden dolayı iletkenlik bakımından yalıtkan sınıfına girmektedir, ancak devrede flamanlar yardımıyla ısıtılan gaz atomları, balast vasıtasıyla yüksek gerilime maruz kaldıklarında iyonlaşırlar ve flamanlardan gönderilen ya da alınan serbest elektronların taşıyıcısı durumuna geçerler. Bu durumda tüp içerisinden akımın geçtiğini, gaz haline geçen civa atomlarının uyardığı fosfor atomlarının yaydıkları ışıktan anlamaktayız.
