金屬晶體

金屬晶體都是金屬單質，構成金屬晶體的微粒是金屬陽離子和自由電子（也就是金屬的價電子）。在金屬晶體中，金屬原子以金屬鍵相結合。從價鍵法的角度看，在金屬晶體中，金屬原子的價電子不會只與鄰近的某一金屬原子以共價鍵結合(也沒有這么多價電子與所有的鄰近金屬原子形成共價鍵)，而是金屬原子以其價電子公共化。

基本介紹

• 中文名：金屬晶體
• 外文名：metallic crystal
• 屬性：金屬單質
• 構成微粒：金屬陽離子和自由電子

物質概況

晶格結點上排列金屬原子-離子時所構成的晶體。金屬中的原子-離子按金屬鍵結合，因此金屬晶體通常具有很高的導電性和導熱性、很好的可塑性和機械強度，對光的反射係數大，呈現金屬光澤，在酸中可替代氫形成正離子等特性。主要的結構類型為面心立方最密堆積、六方密堆積和立方體心密堆積三種（見金屬原子密堆積）。金屬晶體的物理性質和結構特點都與金屬原子之間主要靠金屬鍵鍵合相關。金屬可以形成合金，是其主要性質之一。

由金屬鍵形成的單質晶體。金屬單質及一些金屬合金都屬於金屬晶體，例如鎂、鋁、鐵和銅等。金屬晶體中存在金屬離子(或金屬原子)和自由電子，金屬離子(或金屬原子)總是緊密地堆積在一起，金屬離子和自由電子之間存在較強烈的金屬鍵，自由電子在整個晶體中自由運動，金屬具有共同的特性，如金屬有光澤、不透明，是熱和電的良導體，有良好的延展性和機械強度。大多數金屬具有較高的熔點和硬度，金屬晶體中，金屬離子排列越緊密，金屬離子的半徑越小、離子電荷越高，金屬鍵越強，金屬的熔、沸點越高。例如周期系IA族金屬由上而下，隨著金屬離子半徑的增大，熔、沸點遞減。第三周期金屬按Na、Mg、Al順序，熔沸點遞增。

物質特性

物理性質

金屬陽離子所帶電荷越高，半徑越小，金屬鍵越強，熔沸點越高，硬度也是如此。例如第3周期金屬單質：Al > Mg > Na，再如元素周期表中第ⅠA族元素單質：Li > Na > K > Rb > Cs。硬度最大的金屬是鉻，熔點最高的金屬是鎢。

延展性

當金屬受到外力，如鍛壓或捶打，晶體的各層就會發生相對滑動，但不會改變原來的排列方式，在金屬原子間的電子可以起到類似軸承中滾珠的潤滑劑作用。所以在各原子之間發生相對滑動以後，仍可保持這種相互作用而不易斷裂。因此金屬都有良好的延展性。

導電性

金屬導電性的解釋 在金屬晶體中，充滿著帶負電的“電子氣”，這些電子氣的運動是沒有一定方向的，但在外加電場的條件下電子氣就會發生定向移動，因而形成電流，所以金屬容易導電。

導熱性

金屬容易導熱，是由於電子氣中的自由電子在熱的作用下與金屬原子頻繁碰撞從而把能量從溫度高的部分傳到溫度低的部分，從而使整塊金屬達到相同的溫度。

缺陷

以上所介紹的晶體結構均屬理想情況。在實際晶體中，原子排列不可能那樣規則和完整，往往存在著偏離理想結構的區域。通常把晶體中原子偏離其平衡位置而出現不完整性的區域稱為晶體缺陷。按晶體缺陷的幾何特徵可將它們分為三大類：
(1)點缺陷：特點是在空間三維方向的尺寸很小，相當於原子數量級。如空位、間隙原子等。 ’
(2)線缺陷：特點是在兩個方向上尺寸很小，而一個方向上尺寸很大。如各種類型的位錯。
(3)面缺陷：特點是一個方向上的尺寸很小，另兩個方向上的尺寸很大。如晶界、相界、堆垛層錯等。

應該指出，雖然晶體中存在各種類型的缺陷，但晶體中偏離平衡位置的原子數目很少，即使在最嚴重的情況下，也不超過總原子數的千分之一。因此其結構整體上還是較完整的，而晶體缺陷也可以用較確切的幾何圖像來描述。
晶體中的缺陷隨著各種條件的改變(如溫度、壓力等)而不斷變動，它們可以產生、發展、運動和消失，並且能夠發生相互作用。
晶體缺陷不但對金屬材料的性能，其中特別是那些對結構敏感的性能，如強度、塑性、電阻等產生重大的影響，而且還在擴散、相變、塑性變形和再結晶等過程中起重要作用。因此，研究晶體缺陷具有重要的實際意義。