3.1.2 Электрическое сопротивление химических элементов и минералов

Атомы химических элементов характеризуются определенной величиной электрического заряда, но в свободном состоянии являются электрически нейтральными, поскольку суммарный отрицательный заряд электронов скомпенсирован равным по величине положительным зарядом протонов ядра. Электрический ток возникает под действием внешнего электрического поля или других факторов вследствие движения электронов внешней электронной оболочки, что обусловливает периодичность изменения величины сопротивления и характера проводимости.

На рис. 3.3 приведен график удельного электрического сопротивления химических элементов. Можно видеть, что элементы начала каждого периода, имеющие незаполненные внешние орбиты, характеризуются высокой проводимостью, а конца периодов  высоким сопротивлением полупроводников и диэлектриков, что обусловлено малой подвижностью электронов заполненных орбит. Наилучшими проводниками являются элементы начала вторых полупериодов 4, 5 и 6 больших периодов  Сu, Ag, Аu, их удельное сопротивление лежит в пределах (1,62,3)10^-8 Омм.

Наиболее высокими полупроводниковыми параметрами характеризуются германий, селен, теллур и некоторые редкие элементы. Самое высокое сопротивление имеют углерод (алмаз), фосфор, силиций.

Рисунок 3.3 – Удельное электрическое сопротивление химических элементов

Все минералы по величине удельного электрического сопротивления можно условно разделить на три группы.

В первую группу входят самородные элементы. Все они, за исключением серы, являются весьма хорошими проводниками с электронной проводимостью. Их  составляет 10⁰1,510^-8 Омм.

Вторую группу образуют сульфиды и оксиды. В подавляющем большинстве они имеют относительно высокую электропроводность (10^-510² Омм). Среди сульфидов из ряда резко выделяются высоким удельным сопротивлением (10⁴10¹⁰ Омм) киноварь и антимонит, к ним близок по величине удельного сопротивления сфалерит. У окислов аномально высокоомными являются кварц, корунд и шпинель.

Сульфиды обычно обладают электронным типом проводимости, но нередки случаи, когда у них отмечается дырочная или смешанная проводимость. Причем разный тип электропроводности может иметь место в одном монокристалле. Разный тип электропроводности встречается у пирита, галенита, арсенопирита, молибденита. Пирротин и борнит имеют чаще всего дырочную электропроводность. Большинство же минералов полупроводников обнаруживает только один тип проводимости.

Галоиды, карбонаты, вольфраматы, силикаты и алюмосиликаты составляют третью, наиболее распространенную в природе группу минералов, для которых характерна ковалентная или ионная форма кристаллической связи, все они являются диэлектриками.

Удельное электрическое сопротивление какого-либо минерала любой группы существенно непостоянно, оно варьирует в пре­делах двух и более порядков. Большой диапазон изменения электропроводности каждого минерала обусловлен, главным образом, колебаниями в содержании химических и механических примесей.

Химические и механические примеси уменьшают сопротивление ионных диэлектриков и полупроводниковых минералов, но увеличивают сопротивление металлов.

Таблица 3.1 – Удельное электрическое сопротивление минералов

Минерал	, Омм	Минерал	, Омм
Самородные элементы
ГРАФИТ ФОРМУЛЫ	10-4–100	Серебро	1,510-8
Сера	1012–1015	Платина	9,810-8
Железо	(9–12)10-8	Золото	210-8
Никель	(6–7)10-8	Ртуть	9510-8
Медь	1,610-8	Висмут	(12–14)10-8
Сульфиды
Пирит	10-5–100	Арсенопирнт	10-5–10
Галенит	10-5–100	Молибденит	103–102
Сфалерит	101–104	Антимонит	104–106
Киноварь	10-6–1010	Никелин	10-5–100
Халькопирит	10-4–10-1	Борнит	10-5–10-1
Пирротин	10-6–10-4	Ковеллин	10-5–10-1
Оксиды
Кварц	1012–1016	Куприт	10-1–100
Корунд	1014–1015	Ильменит	10-3–100
Магнетит	10-2–10-5	Титаномагнетит	10-4–100
Рутил	4102	Уранинит	10-2–101
Лимонит	102–106	Гематит	10-1–102
Касситерит	10-3–104	Пиролюзит	10-3–101
Галоиды, карбонаты и вольфраматы
Галит	1014–1018	Доломит	107–1016
Сильвин	109–1015	Церрусит	105–108
Кальцит	109–1014	Арагонит	107–1014
Магнезит	106–109	Вольфрамит	103–106
Силикаты и алюмосиликаты
Оливин 6,8	108–1010	Хлориты	109–1012
Топаз	1010–1015	Нефелин	108–1010
Турмалин	108–1014	Биотит	1012–1015
Актинолит	108–1014	Ортоклаз	1010–1014
Роговая обманка	108–1014	Анортит	1010–1014

Устанавливается связь между сопротивлением и плотностью минералов. Минералы с наиболее высокой плотностью (самородные металлы, рудные минералы) характеризуются высокой проводимостью в связи с металлической, ионно-металлической и ковалентно-металлической формой кристаллической связи. Удельное сопротивление минералов средней плотности может быть как очень высоким, что типично для ковалентных соединений, так и низким – при смешанной форме связи. Минералы относительно низкой плотности, имеющие ионную или ковалентную формы связи, обладают наиболее высоким сопротивлением.