金属特性:延展性、导电性、导热性

1.延展性

在金属中,自由电子并不固定在一定的位置上,金属键无方向性和饱和性,故金属原子排列方式简单,重复周期短(这是由于正离子堆积得很紧密)。金属受力时,在两层正离子之间比较容易产生滑动,在滑动过程中自由电子的流动性能帮助克服势能障碍,正离子与自由电子间仍保持金属键的结合。当金属受弯曲要改变原子间的彼此关系时,也只需变动键的方向,并不使键破坏,也仍保持金属键的作用,如图1.3所示。因此,金属能经受变形而不断裂,具有良好的延展性。

2.导电性

经典自由电子理论认为,在金属晶体中,金属阳离子构成了晶格点阵,并形成了一个均匀电场,价电子是完全自由的,可以在整个金属中自由运动,它们的运动遵循经典力学气体分子的运动规律。在没有外加电场作用时,金属中的自由电子沿各个方向运动的概率相同,故不产生电流。当对金属施加外电场时,自由电子会向电场的反方向运动,也就是形成了定向移动,产生电流(见图1.4),从而使金属显示出良好的导电性。

3.正的电阻温度系数

在金属中,金属正离子沿平衡位置做热振动。当金属导电时,自由电子做定向运动的过程中,与金属正离子会不断发生碰撞,阻碍自由电子继续加速,从而形成电阻。随温度升高,金属正离子的振动幅度增大,自由电子运动受到其散射作用发生碰撞阻碍的概率增加,使电阻率升高。因而,金属材料具有正的电阻温度系数。

4.导热性

金属中的原子牢固地处在某些特定的位置上,原子之间具有一定距离,原子只能在其平衡位置附近做微小的振动,不能像气体原子或分子那样杂乱无章地自由运动,也不能像气体那样依靠质点间的碰撞来传递热能。金属中的导热主要是通过晶格振动的格波和自由电子的运动来实现的。在金属中存在大量的自由电子,受热部分的自由电子运动加快,通过碰撞可以很快地将热传到金属各处,使金属显示出良好的导热性。

5.金属光泽

以金属键结合而成的金属晶体原子以最紧密堆积状态排列,金属中的自由电子几乎可以吸收所有波长的可见光能量,而被激发到较高能级,当它跳回到原来的能级时,就把吸收的可见光能量重新辐射出来。自由电子的这种随即吸、放光性能,使光线无法穿透金属,因而使金属不透明,具有金属光泽。

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