本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
在之前的文章中，我介紹了關於氫鍵和範德華力的一些弱分子內力，上個月我開始探索強力的世界，介紹了離子鍵。本月我將關注金屬鍵，這種力將所有純金屬的原子結合在一起。元素週期表中有許多金屬，為了簡單起見，我將這篇文章分為兩部分。首先，是對鹼金屬中金屬鍵的 GCSE 解釋，例如鈉、鉀和其他在人們想到“金屬”這個詞時不會真正想到的東西。然後我將看看過渡金屬，目前僅限於純金屬形式，因為過渡金屬的許多令人興奮的特性是幾個單獨的部落格文章的主題！
1) 鹼金屬
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠繼續講述關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
鹼金屬的最外層電子殼層只有很少的電子（一個或兩個）。正如在關於離子鍵的文章中討論的那樣，它們實現完整外殼層的一種方法是形成離子——失去最外層電子形成正離子，然後在巨大的晶格中與負離子結合。另一種方法是讓一種元素的所有原子（即所有 Na 原子或 Mg 原子）形成僅由原子組成的晶格，外層電子在原子之間的空間中自由漂浮。這就是金屬鍵的本質，有時被描述為電子海中正離子晶格（即使嚴格來說它們不是真正的“離子”——金屬元素將寫成 Na 金屬而不是 Na+ 離子）
對於鹼金屬來說，每個原子只有一到兩個電子真正參與到這種離域的電子海中，這解釋了為什麼這些金屬如此柔軟，可以用刀切割。這也解釋了它們普遍的揮發性，它們根本沒有很好地結合在一起，如果弄溼鉀和銫等金屬，它們就會著火。
2) 過渡金屬
對於過渡金屬和任何其他金屬，金屬鍵的總體思路是相同的——離域的電子海圍繞著正離子晶格。然而，為了解釋過渡金屬的性質，我必須稍微回顧一下，解釋為什麼它們很複雜，這涉及到軌道和一定量的量子力學。我在關於離子鍵的文章中介紹了每個電子殼層有八個電子的想法，雖然這對於前三個殼層來說是（有點）正確的，但在第四個殼層中就變得有點複雜了。
為了避免現在過於深入（我稍後可能會寫一篇關於軌道形狀的文章......），過渡金屬的外殼層中的電子數量遠不止八個——在第三和第四殼層之間引入了額外的電子軌道。這不僅允許存在更多的電子，而且這些軌道都與原子核的距離非常相似，因此都可以參與成鍵。最簡單的想法可能是將過渡金屬視為被許多隨意的電子模糊地包圍著，以及一些樂於接受一些額外電子的空軌道。
這意味著，一些過渡金屬在晶格中每個原子周圍不是隻有一個自由電子，而是大約有五到六個。這就是為什麼銅（例如）比鎂強得多。金屬鍵也解釋了為什麼金屬可以導電；自由流動的電子就是電流。晶格是剛性的，但一旦稍微熔化，它就可以彎曲、拉伸和成型，而像鹽這樣的離子化合物則不能，這就是為什麼銅可以拉伸成電線，鋁可以彎曲成汽車。這是一個我們認為理所當然的特性，但它只發生在金屬中。
雖然金屬鍵很吸引人，但它們在生物化學上並沒有那麼重要。金屬是有機生命形式中的微量元素，但它們傾向於與其他物質結合，或者以離子形式存在，而不是以固體金屬形式存在。這就是為什麼下個月我將介紹共價鍵——將地球上所有有機生命結合在一起的力。
---
圖片來源連結，用於金屬鍵圖片。
