金属键：特性，形成方式和示例 - 化学 - 2025

的金属键是保持金属元素的原子一起紧密的一个。它存在于金属中，并定义了其所有物理特性，这些特性将其表征为坚硬，易延展，可延展的材料以及良好的热和电导体。

在所有化学键中，金属键是唯一的电子，其中电子不仅仅位于一对原子之间，而是通过一种胶水或``电子海''将它们紧密结合在一起，从而在数百万个原子之间离位。或凝聚力。

铜金属键

例如，假设金属铜。在铜中，其铜原子放弃价电子形成金属键。在该键上方表示为被电子包围的Cu ²⁺阳离子（蓝色圆圈）（黄色圆圈）。电子还不是静止的：它们在整个铜晶体中移动。但是，在金属中，我们不是正式地讲阳离子，而是中性金属原子。

通过检查金属元素及其合金的性能，可以验证金属键。这些材料整合了一系列有光泽，银色，坚韧，坚硬的材料，这些材料也具有很高的熔点和沸点。

金属键如何形成？

锌中的金属键

金属键仅在一组或一组金属原子之间形成。为了使电子在整个金属晶体中重新定位，必须有一条“高速公路”，使它们可以继续前进。这是由相邻原子的所有原子轨道的重叠设计的。

例如，考虑一行锌原子Zn···Zn···Zn···。这些原子与它们的价原子轨道重叠，形成分子轨道。这些分子轨道又与相邻的Zn原子的其他轨道重叠。

每个锌原子贡献两个电子以形成金属键。通过这种方式，分子轨道的重叠或结合以及锌捐赠的原子形成了一条``高速公路''，通过该高速公路电子在整个晶体中离域化，就好像它们是胶水或电子海一样，覆盖或沐浴所有金属原子。

金属键的性质

结构体

金属键产生紧密的结构，其中原子紧密结合在一起，而没有太大的距离将它们分开。根据特定结构的类型，存在不同的晶体，其中一些晶体比其他晶体更致密。

在金属结构中，人们所说的不是分子，而是中性原子（或阳离子，根据其他观点）。回到铜的例子，在其致密的晶体中，不存在具有Cu-Cu共价键的Cu ₂分子。

改组

金属键具有自我重组的特性。共价键和离子键不会发生这种情况。如果共价键断裂，它将不会像什么都没有发生一样重新形成。而且，除非发生化学反应，否则离子键上的电荷是恒定的。

考虑例如金属汞来解释这一点。

如果晶体受到外力使其变形，则两个相邻的汞原子Hg···Hg之间的金属键会断裂并与另一个相邻的原子重新形成。

因此，当玻璃发生变形时，键重新组织。这使金属具有韧性和延展性材料的特性。否则，即使热，它们也会像玻璃或陶瓷碎片一样破裂。

导热系数

金属键具有使其电子离域的性质也使金属具有传导热和电的能力。这是因为，由于电子离域并移动到各处，因此它们像波一样有效地传输原子振动。这些振动转化为热量。

另一方面，当电子移动时，留下了可以被其他人占据的空白空间，从而具有电子空位，更多的电子可以通过该空位“运行”并由此产生电流。

原则上，在不解决现象背后的物理理论的情况下，这是金属电导率的一般解释。

金属光泽

离域电子和移动电子还可以与可见光中的光子相互作用并排斥光子。根据金属的密度和表面，它可能会呈现出不同的灰色或银色阴影，甚至呈虹彩闪光。最例外的情况是吸收某些频率的光子的铜，汞和金。

电子离域

要了解金属键，必须了解电子离域的含义。无法确定电子在哪里。但是，可以估计可能在哪个空间区域中找到它们。在共价键AB中，这对电子分布在分隔原子A和B的空间中。据说它们位于A和B之间。

然而，在AB金属键中，不能说电子的行为与在AB共价键中的电子相同。它们不位于A和B的两个特定原子之间，而是扩散或指向固体的其他部分，其中A和B的原子也被压紧，即紧密结合。

在这种情况下，金属键的电子被认为是离域的：它们沿着存在A和B原子的任何方向行进，如第一幅图所示，其中包含铜原子及其电子。

因此，在金属键中，我们谈到这些电子的离域化，而这种特性是金属具有许多特性的原因。电子海的理论也以此为基础。

金属键的例子

日常生活中一些常用的金属链接如下：

-金属元素

锌锌

锌中的金属键

在过渡金属锌中，其原子通过金属键连接。

金（Au）

像这种材料与铜和银的合金一样，纯金目前在高级珠宝中使用率很高。

铜（Cu）

由于其优异的导电性能，这种金属被广泛用于电气应用。

银（Ag）

鉴于其特性，这种金属被广泛用于高级珠宝应用和工业领域。

镍（Ni）

在其纯净状态下，通常用于制造硬币，电池，铸造厂或各种金属零件。

镉（Cd）

它是一种剧毒材料，用于制造电池。

铂金（Pt）

它用于高级珠宝（含金的合金）以及实验室测量仪器和牙科植入物的制造。

钛（Ti）

这种金属通常用于工程以及人造骨植入物的制造，工业应用和珠宝中。

铅（Pb）

该材料用于制造电导体，更具体地说，用于制造电话和电信电缆的外套。

-金属化合物

普通钢

铁与碳的反应产生普通钢，与铁相比，这种钢对机械应力的抵抗力要强得多。

不锈钢

通过将普通钢与过渡金属（例如铬和镍）结合在一起，可以发现上述材料的变化。

青铜

它是通过将铜和锡分别以大约88％和12％的比例混合而成的。它用于制作硬币，工具和公共装饰品。

汞合金

汞与其他过渡金属（例如银，铜和锌）的各种合金会产生用于牙科的汞合金。

铬铂合金

这种合金广泛用于制造剃刀刀片。

彼尔特雷

这种锡，锑，包膜和铋的合金通常用于制造家用器具。

黄铜

它是通过将铜和锌的比例分别为67％和33％组合而成的。它用于制造硬件项目。

电子海理论

电子海的简单表示。资料来源：Muskid

上图显示了电子海的概念。根据电子海理论，金属原子将其价电子（负电荷）释放为原子离子（正电荷）。释放的电子成为海洋的一部分，在海洋中，每一英寸的金属晶体都会使电子离域。

但是，这并不意味着金属是由离子组成的。它的原子实际上是中性的。我们谈论的不是液态汞中的Hg ⁺离子，而是中性的Hg原子。

可视化电子海洋的另一种方法是假设原子的中性。因此，尽管它们授予电子以定义保持其紧密内聚的金属键，但它们也立即从晶体的其他区域接收其他电子，因此它们永远不会获得正电荷。

该理论解释了为什么金属具有延展性，可延展性，以及如何重新排列键以使晶体变形而不破裂。有人称这种电子海为``电子水泥''，因为它能够移动，但在正常情况下会固化并保持金属原子的牢固和固定。

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