Kim loại là vật liệu có khả năng dẫn điện tốt, tuy nhiên mỗi một kim loại lại có độ dẫn điện khác nhau. Vậy các kim loại dẫn điện tốt nhất là chất nào?  Bạc là kim loại dẫn điện tốt nhất, nhưng do chi phí cao nên Đồng (Copper) là kim loại được sử dụng phổ biến nhất trong các ứng dụng điện. Bài viết này VIETCHEM sẽ giải thích chi tiết về thứ tự dẫn điện của các kim loại, tại sao chúng lại có khả năng này và các ứng dụng thực tế của chúng.

1. Độ dẫn điện kim loại là gì?

Độ dẫn điện của kim loại kí hiệu EC, đây là một thông số cho biết mức độ truyền tải dòng điện hay khả năng dẫn điện của một kim loại. Độ dẫn điện của kim loại là đại lượng đặc trưng cho khả năng cho phép dòng điện chạy qua. Nó phụ thuộc mật thiết vào mật độ và sự linh động của các electron tự do trong cấu trúc mạng tinh thể của kim loại đó.

Độ dẫn điện của kim loại mang đến nhiều ý nghĩa như:

• Dễ dàng kiểm tra độ dẫn điện của các thiết bị điện tử, giúp ngăn ngừa sự hỏng hóc khi làm việc quá công suất.
• Dựa vào độ dẫn điện để kiểm tra vật liệu đó có tinh khiết hay không.
• Giúp lựa chọn kim loại phù hợp với các yêu cầu và tính chất công việc.

Độ dẫn điện của dây tóc bóng đèn

2. Tại sao kim loại lại có thể dẫn điện?

Nếu tìm hiểu kỹ về cấu tạo của kim loại chúng ta sẽ thấy các nguyên tử bên trong mỗi chất thường sẽ tạo thành một ma trận, thông qua đó mà các electron bên ngoài có thể dễ dàng di chuyển tự do. Lúc này, các nguyên tử sẽ tạo thành một biển electron bao quang hạt nhân mang điện tích dương của những kim loại tương tác, sau đó các hạt electron di chuyển tự do khắp biển electron giúp kim loại có khả năng dẫn điện.

Một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến các kim loại dẫn điện tốt nhất là:

• Nhiệt độ Bạn hãy hình dung mạng tinh thể của kim loại như một dãy hành lang trật tự mà các electron cần đi qua. Các ion dương không đứng yên hoàn toàn mà luôn dao động nhiệt tại vị trí cân bằng của chúng. Khi nhiệt độ tăng lên, các ion này được cung cấp thêm năng lượng và dao động với biên độ mạnh hơn, dữ dội hơn 

  Sự dao động mạnh mẽ này làm tăng đáng kể xác suất va chạm (tán xạ) giữa electron và các ion. Mỗi va chạm làm electron bị lệch hướng và mất năng lượng, tạo ra cái mà chúng ta gọi là điện trở. Do đó, nhiệt độ càng cao, sự cản trở càng lớn và độ dẫn điện càng giảm.

• Các Loại Tạp chất Độ tinh khiết của kim loại có ý nghĩa quyết định đến khả năng dẫn điện.

  Một mạng tinh thể kim loại nguyên chất có cấu trúc tuần hoàn gần như hoàn hảo, tạo ra một "con đường" thông suốt cho electron. Tuy nhiên, sự xuất hiện của các tạp chất sẽ phá vỡ sự tuần hoàn này. Các nguyên tử tạp chất có kích thước và điện tích hạt nhân khác biệt, tạo ra các "điểm sai lệch" trong mạng lưới.

  Những điểm sai lệch này hoạt động như những "chướng ngại vật" cố định. Khi dòng electron di chuyển qua, chúng sẽ bị tán xạ bởi những chướng ngại vật này, tương tự như một dòng nước chảy bị cản bởi những tảng đá. Càng nhiều tạp chất độ dẫn điện càng giảm mạnh.

Kim loại có khả năng dẫn điện cực kỳ tốt

• Cấu trúc tinh thể & Xử lý cơ nhiệt: Các quá trình gia công cơ học như cán, kéo, hay uốn làm thay đổi cấu trúc vi mô của kim loại. Một kim loại sau khi bị biến dạng cơ học (gia công nguội) thường có độ dẫn điện thấp hơn so với trạng thái ban đầu. Ngược lại, các quá trình xử lý nhiệt như ủ có thể giúp sắp xếp lại cấu trúc mạng, giảm bớt các sai lệch và tăng độ dẫn điện.

3. Top 15 các kim loại dẫn điện tốt nhất là chất nào?

3.1. Độ dẫn điện của bạc (Ag) 

Bạc là kim loại đứng đầu trong danh sách những kim loại có tính dẫn điện tốt nhất. Đây là một kim loại có tính mềm dẻo, dễ uốn nên rất dễ thay đổi được hình dạng, có màu trắng, chất dẫn điện rất tốt. 

Từ thời xa xưa, bạc đã được dùng để đúc tiền. Hiện nay, bạc có rất nhiều công dụng như: tráng gương, làm đồ trang sức, chén dũa, que hàn... 

Nhược điểm của bạc: Chúng có giá thành rất cao hiện nay. Do đó, con người thường không sử dụng bạc là chất dẫn điện như những kim loại khác. 

Bạc là kim loại nào có độ dẫn điện tốt nhất

Vị trí số 1 của Bạc đến từ cấu hình electron của nó. Với một electron độc thân ở lớp ngoài cùng (5s¹) và lớp d đã bão hòa, electron này rất linh động và ít bị cản trở khi di chuyển trong mạng tinh thể, tạo ra độ dẫn điện cao nhất.

3.2. Độ dẫn điện của đồng (Cu)

Đồng là kim loại có tính dẫn điện đứng thứ hai trong danh sách. Kim loại này có khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt tốt. Là kim loại có đặc tính khá dễ uốn, xuất hiện từ rất sớm ở trong tự nhiên và được con người khai thác cũng như sử dụng ở dạng thô sơ. 

Từ xa xưa, nghề luyện kim đúc đồng không chỉ là nét văn hóa, tạo nên những di vật mang đậm giá trị mà còn là nghề phổ biến, tạo công ăn việc làm cho rất nhiều người. 

Hiện nay, chúng được dùng để làm chất dẫn điện, dẫn nhiệt tốt. Vì thế, chúng được sử dụng để tạo dây điện, đúc tượng, cuộn từ của nam châm điện, động cơ điện... Có rất nhiều đồ gia dụng cũng như mỹ nghệ được sản xuất từ đồng phải kể đến như: bát đĩa, que hèn hay đồ thờ cúng... 

Đồng (Cu) đứng thứ hai trong các kim loại có độ dẫn điện tốt nhất

Đồng là tiêu chuẩn vàng của ngành điện không chỉ vì nó dẫn điện tốt thứ hai, mà vì nó mang lại hiệu suất/giá thành tối ưu nhất. Cấu trúc electron tương tự Bạc (4s¹) nhưng trữ lượng lớn và chi phí khai thác rẻ hơn nhiều đã khiến Đồng trở thành vật liệu không thể thay thế cho dây dẫn điện.

3.3. Độ dẫn điện của vàng (Au)

Vàng là kim loại ngoài tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, chúng còn rất khó bị oxy hóa và tính kháng ăn mòn cao. 

Vàng nguyên chất mềm nên sẽ giúp làm cứng các hợp kim với bạc, đồng. Sử dụng rất nhiều để được dùng làm trang sức, kim loại và trao đổi tiền tệ. Về bản chất chúng có giá thành rất cao nên mọi người sẽ thường ứng dụng chúng trong việc làm trang sức. 

Vàng được dùng để làm trang sức

Ưu điểm lớn nhất của Vàng trong ứng dụng điện tử không phải là độ dẫn điện, mà là tính trơ hóa học. Nó không bị oxy hóa, đảm bảo các mối nối và tiếp điểm luôn sạch, duy trì kết nối ổn định và đáng tin cậy trong hàng chục năm. Đây là yếu tố sống còn trong các thiết bị hàng không và vi mạch cao cấp.

3.4. Độ dẫn điện của nhôm (Al)

Nhôm đứng thứ 4 trong số các loại kim loại dẫn điện tốt nhất. Kim loại này dẻo, dễ nóng chảy ở nhiệt độ cao và còn có khả năng chống ăn mòn khá tốt. 

Chúng có vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, vật liệu cấu trúc. Ứng dụng quan trọng để dùng làm vách ngăn xây dựng, chế tạo tôn để lợp mái nhà, cột cũng như trụ nhà... Góp phần để giúp chế tạo chi tiết trong các phương tiện vận tải và xử lý nước, xây dựng cũng như hàng tiêu dùng có độ bền cao: đồ bếp, đồ ngủ, máy móc, đường dây tải điện... 

Nhôm (Al) thuộc danh sách kim loại dẫn điện tốt

Đối với Nhôm thì nó có một ưu điểm vượt trội: tỷ lệ độ dẫn điện trên khối lượng cao hơn Đồng. Điều này có nghĩa là với cùng một khả năng tải điện, dây nhôm nhẹ hơn đáng kể, khiến nó trở thành lựa chọn số một cho các đường dây tải điện cao thế, nơi trọng lượng là yếu tố cực kỳ quan trọng.

3.5. Độ dẫn điện của Natri (Na)

Natri thuộc nhóm các kim loại dẫn điện tôt nhất có đặc điểm mềm, có màu bạc thế nhưng khi bị oxy hóa sẽ chuyển sang màu trắng xám. 

Chúng là thành phần quan trọng trong sản xuất este và các hợp chất hữu cơ. Phổ biến hơn cả, đây là thành phần của muối ăn NaCl, làm xà phòng, giúp làm trơn bề mặt của kim loại và làm tinh khiết các kim loại nóng chảy, làm đèn hơi. Còn trong các phản ứng nguyên tử, Natri là chất lỏng dẫn nhiệt lò. 

Natri (Na) là kim loại ứng dụng quan trọng trong cuộc sống

Natri là một ví dụ điển hình cho thấy độ dẫn điện tốt không phải là tất cả. Là kim loại kiềm, nó có một electron hóa trị rất lỏng lẻo, dễ dàng di chuyển. Tuy nhiên, chính sự lỏng lẻo này lại khiến nó có hoạt tính hóa học cực mạnh, phản ứng dữ dội với không khí và nước, làm cho việc ứng dụng trong môi trường thông thường là bất khả thi.

>>>XEM THÊM: : Ăn mòn điện hóa là gì? Tổng hợp các biện pháp chống ăn mòn kim loại

3.6. Độ dẫn điện của Wolfram (W)

Nếu tính từ kim loại W, các kim loại sẽ có khả năng dẫn điện giảm dần. Đây là kim loại với đặc điểm đặc trưng như: cứng, giòn, nặng và có khả năng chống axit, kiềm cũng như oxi hóa cực tốt.

Dạng Wolfram tinh khiết dùng nhiều nhất trong ngành điện, quen thuộc nhất phải kể đến chúng được sử dụng chính làm dây tóc bóng đèn điện tóc và tấm bia bắn phá của điện tử. Volfram có tính trơ và độ dẫn điện khá tốt nên còn được sử dụng để chế tạo ra kính hiển vi và điện cực.

Wolfram (W) - Kim loại dẫn điện tốt

Sự đặc biệt của Wolfram nằm ở sự kết hợp độc đáo giữa điểm nóng chảy cao nhất trong các kim loại (3422 °C) và độ dẫn điện khá tốt. Liên kết kim loại cực kỳ bền vững giúp nó chịu được nhiệt độ khổng lồ, trong khi vẫn cho phép electron chạy qua để phát sáng, tạo nên ứng dụng kinh điển là dây tóc bóng đèn.

3.7. Độ dẫn điện của Đồng thau (CuZn₃₇)

Nhìn công thức hóa học ta cũng có thể đoán ra, đồng thau chính là hợp kim từ đồng và kẽm, thế nhưng đồng thau lại có khả năng dẫn điện kém hơn cả đồng trong các kim loại dẫn điện tốt nhất.

Do chúng có màu sắc đẹp tự nhiên nên chúng được ứng dụng rộng rãi để chế tạo các đồ trang sức giá trị thấp. Ngoài ra, chúng còn được dùng trong nhiều lĩnh vực chế tạo vật liệu hàn, dùng làm nhạc cụ hay các đồ trang trí mỹ nghệ. 

Đồng thau là một trong các kim dẫn điện tốt nhất 

Đây là một nguyên tắc cơ bản của hợp kim. Việc đưa các nguyên tử Kẽm (Zn) vào mạng tinh thể của Đồng (Cu) đã phá vỡ sự tuần hoàn hoàn hảo của cấu trúc. Các nguyên tử Kẽm này hoạt động như những "chướng ngại vật", làm tán xạ dòng electron và dẫn tới giảm độ dẫn điện. Người ta chấp nhận đánh đổi điều này để lấy độ cứng và khả năng gia công tốt hơn với lĩnh vực khác.

3.8. Độ dẫn điện của sắt (Fe)

Sắt là kim loại vô cùng phổ biến trong cuộc sống của mỗi chúng ta, có đặc điểm đặc trưng cứng, chắc và có tính thù hình. 

Tính đến thời điểm hiện tại, sắt là kim loại được sử dụng nhiều nhất trong đời sống, đa dạng ngành nghề lĩnh vực: chế tạo cuốc, xẻng, gậy, chế tạo đồ gia dụng (bàn, tủ, giường, cầu thang...). 

Vai trò quan trọng trong ngành sản xuất ô tô và các công trình xây dựng kiến trúc: Tạo độ cứng, chắc chắn cho các công trình và các sản phẩm. 

Sắt có vai trò quan trọng trong các công trình xây dựng kiến trúc

Trong lĩnh vực điện, vai trò của Sắt không phải là "dẫn điện" mà là "dẫn từ". Nhờ có độ từ thẩm cao, nó được dùng làm lõi cho các nam châm điện và động cơ, giúp tập trung và khuếch đại từ trường lên nhiều lần. Độ dẫn điện của nó chỉ là một thuộc tính thứ yếu.

3.9. Độ dẫn điện của Crôm (Cr)

Crom là kim loại với những đặc điểm như sau: chống trầy xước cao, giòn, cứng và khó bị nóng chảy. 

Là một trong những chất xúc tác không thể thiếu của các ngành công nghiệp như: đánh bóng bề mặt, tạo tính không gỉ sét cho dao, kéo, hay tạo màu rực rỡ cho thuốc sơn, nhuộm, làm khuôn đúc gạch nung.

Ngoài ra chúng còn là chất phụ trợ cho thuốc ăn kiêng, hay là phụ gia quan trọng của các nhiên liệu xăng.

Crôm (Cr) giòn cứng và khó bị nóng chảy ở nhiệt độ cao

Tuy nhiên giá trị của Crom nằm ở lớp màng oxit thụ động (Cr2​O3​) siêu mỏng, trong suốt, cực kỳ cứng và bền vững được hình thành trên bề mặt. Lớp màng này bảo vệ kim loại bên dưới khỏi ăn mòn. Do đó, Crôm là vật liệu dùng để xử lý bề mặt chứ không phải là vật liệu dẫn điện chính.

Bảng xếp hạng và đánh giá các kim loại dẫn điện

3.10. Độ dẫn điện của Chì (Pb)

Chì là một kim loại tuy mềm nhưng có khối lượng vô cùng nặng. Chúng rất độc nên ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe của con người cũng như các loại động vật. 

Chúng có vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp, là thành phần quan trọng để chế tạo ác quy. Được dùng làm tấm chắn chất phóng xạ trọng ngành phóng xạ và đặc biệt, thường dùng trọng nhựa PVC. 

Chì (Pb) được sử dụng trong chế tạo ác quy

Ứng dụng quan trọng nhất của Chì trong ắc quy không phải là độ dẫn điện mà là tính chất điện hóa. Chì và các oxit của nó có khả năng tham gia vào các phản ứng oxy hóa-khử thuận nghịch trong môi trường axit sunfuric, cho phép tích trữ và giải phóng năng lượng hiệu quả.

=> Lưu ý: Bởi vì chì chứa lượng độc tố rất lớn, vì thế các mặt hàng mỹ phẩm cần độ bám lâu (son, phấn) thường chứa nhiều chì để tăng thời gian lì của màu sắc. Do đó, nếu như chúng ta lạm dụng chúng sẽ lập tức dẫn đến bị ngộ độc, ảnh hưởng đến thần kinh và thậm chí gây ung thư khi sử dụng lâu ngày. 

3.11. Độ dẫn điện của kẽm (Zn)

Kẽm là một trong top những kim loại tốt nhất hiện nay, kẽm có màu xanh xám, số nguyên tử 30. Kẽm giòn ở nhiệt độ thường nhưng dễ uốn ở 100 độ C.

Kẽm là chất dẫn điện vừa phải không quá mạnh cũng không quá yếu. Kẽm được ứng dụng làm lớp phủ chống ăn mòn trên thép hoặc làm pin kẽm, hợp kim như đồng thau.

Kẽm có màu xanh xám, cứng ở nhiệt độ thường và uốn dẻo ở nhiệt độ cao

Vai trò điện hóa của Kẽm còn quan trọng hơn vai trò dẫn điện của nó. Do có điện thế âm hơn Sắt, Kẽm được dùng làm anot hy sinh trong việc mạ điện chống gỉ. Nó sẽ tự ăn mòn trước để bảo vệ cho lớp thép bên dưới, một ứng dụng thông minh dựa trên dãy điện hóa của kim loại.

3.12. Độ dẫn điện của Niken (Ni)

Niken là một kim loại màu trắng bạc nằm trong nhóm sắt từ. Niken có tính từ, thường được dùng với cô ban, cả hai chất đều được tìm thấy trong sắt ở sao băng. Kim loại này rất cứng, dễ dát mỏng, dễ kéo sợi và uốn dẻo.

Khoảng 65% Niken trên trái đất được tiêu thụ làm thép không gỉ ở Phương Tây, 12% số được sử dụng làm siêu hợp kim và 23% số Niken còn lại được dung trong sản xuất pin sạc, chất xúc tác hay trong luyện kim.

Một trong các kim loại dẫn điện tốt nhất là Niken

3.13. Độ dẫn điện của Platin (Pt)

Platin là một kim loại chuyển tiếp quý hiểm, có màu trắng xám với tính chất đặc dẻo và dễ uốn lượn. Chúng ta có thể tìm thấy kim loại này ở một số quặng Niken và Đồng.

Hiện nay, Platin được sử dụng làm chất xúc tác, thiết bị điện báo, các điện cực, nhiệt kế của điện trở, thiết bị nha khoa hay đồ trang sức. Pt thuộc nhóm kim loại quý hiếm nên chỉ khai thác khoảng tầm vài trăm tấn trong một năm.

Platin là một kim loại hiếm, khó tìm thấy trong tự nhiên

Platin là sự kết hợp của 3 yếu tố: độ dẫn điện tốt, tính trơ hóa học gần như tuyệt đối, và đặc biệt là khả năng xúc tác cho nhiều phản ứng hóa học. Sự kết hợp này khiến nó trở nên vô giá trong các điện cực chính xác, cảm biến khí thải và các ứng dụng phân tích đòi hỏi độ bền và độ nhạy cao.

3.14. Độ dẫn điện của thép (Cacbon hóa)

Thép là hợp kim của sắt với cacbon, kim loại này được sử dụng phổ biến để bao bọc cấc dây dẫn khác vì nó không linh hoạt và bị ăn mòn nhiều khi tiếp xúc với không khí.

Ngoài ra thép còn được ứng dụng làm công cụ cắt gọt kim loại như: Dao tiên, mũi khoan, dao bào và nhiều ứng dụng cần độ cứng cao.

Thép là kim loại dẫn điện được sử dụng phổ biến hàng ngày

Việc thêm Cacbon vào Sắt để tạo ra thép là một ví dụ kinh điển về việc hy sinh độ dẫn điện để đổi lấy độ cứng. Các nguyên tử Cacbon xen kẽ trong mạng tinh thể Sắt tạo ra vô số các điểm sai lệch, cản trở mạnh mẽ sự trượt của các lớp tinh thể (tăng độ cứng) và đồng thời cản trở cả dòng electron (giảm độ dẫn điện).

3.15. Độ dẫn điện của thép không gỉ (inox)

Thép không gỉ có độ dẫn điện thấp hơn so với các kim loại kể trên. Kim loại này nổi bật với khả năng chống gỉ, chống ăn mòn tốt khi tiếp xúc với không khí ở điều kiện thường.

Thép không gỉ có độ dẫn điện kém nhất trong 15 các kim loại dẫn điện tốt nhất kể trên

Thép không gỉ có độ dẫn điện kém nhất trong 15 các kim loại dẫn điện tốt nhất kể trên

Trong số các chất trên thì kim loại có tính dẫn điện tốt nhất là bạc, đây là kim loại được sử dụng khá phổ biến trong đời sống.

Như các bạn đã biết Inox là một hợp kim phức tạp (Sắt - Crôm - Niken). Việc đưa một lượng lớn các nguyên tử khác nhau vào mạng tinh thể Sắt đã làm cho cấu trúc bị xáo trộn tối đa. Điều này lý giải tại sao nó là một trong những vật liệu dẫn điện kém nhất trong danh sách, nhưng lại có khả năng chống ăn mòn vượt trội.

Một Số Phi Kim Và Các Vật Liệu Khác?

 Chất bán dẫn & Phi kim dẫn điện (Graphit) 

Nếu bạn nghĩ tất cả phi kim đều cách điện thì Graphit (một dạng thù hình của cacbon) là một ví dụ điển hình của việc phi kim cũng dẫn điện. Trong cấu trúc của graphit, mỗi nguyên tử cacbon có các electron tự do có thể di chuyển trong các lớp của nó, cho phép vật liệu này dẫn điện. Mặc dù vậy, độ dẫn điện của graphit vẫn thấp hơn đáng kể so với các kim loại dẫn điện tốt như đồng và bạc.

Dung dịch điện ly (Nước muối, axit) 

Bản thân nước tinh khiết dẫn điện rất kém. Tuy nhiên, khi hòa tan các chất như muối, axit, hoặc bazơ vào nước, chúng phân ly tạo thành các ion mang điện tích dương (cation) và âm (anion). Dòng điện trong các dung dịch này không phải do electron di chuyển mà là do sự chuyển động của chính các ion này. Cơ chế này được gọi là dẫn điện ion, và hiệu quả của nó thường kém hơn nhiều so với dẫn điện electron trong kim loại.

Vật liệu cách điện (Nhựa, Sứ, Cao su)

Đây là nhóm đối lập hoàn toàn với kim loại. Trong các vật liệu như nhựa, sứ, hay cao su, các electron liên kết cực kỳ chặt chẽ với hạt nhân nguyên tử và không thể di chuyển tự do. Vì không có hạt mang điện tích tự do, chúng gần như chặn hoàn toàn dòng điện đi qua. Độ dẫn điện của chúng có thể thấp hơn kim loại hàng tỷ đến hàng nghìn tỷ lần, khiến chúng trở thành vật liệu lý tưởng để làm vỏ bọc dây điện và các thiết bị an toàn điện.

Trên là tổng hợp 15 các kim loại dẫn điện tốt nhất hiện nay. Hy vọng với những thông tin mà VIETCHEM vừa cung cấp sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về chất dẫn điện. Tham khảo thêm các bài viết hữu ích khác trên website vietchem.com.vn.