金属键合

金属键合是一种化学键合，由传导电子（以离域电子的电子云的形式）和带正电的金属离子之间的静电吸引力产生。它可以被描述为在带正电的离子（阳离子）结构之间共享自由电子。金属键合占许多物理性能的金属，如强度，延展性，热和电阻率，不透明度，和光泽。

两种现象的结合产生了金属键：电子的离域化和比离域电子更多的离域能态的可用性。后者可以称为电子缺陷。

石墨烯是二维金属键合的一个例子。其金属键类似于芳香族键合在苯，萘，蒽，卵苯，等

金属芳香在金属簇是离域的另一示例中，这段时间通常在三维安排。金属将离域原理发挥到xxx，可以说金属晶体代表一个分子，在该分子上所有传导电子在所有三个维度上都离域。这意味着金属内部通常无法区分分子，因此金属键既不是分子内也不是分子间。“非分子”可能是一个更好的术语。金属键大多是非极性的，因为即使在合金中，原子的电负性也几乎没有区别参与键合相互作用（并且，在纯元素金属中，根本没有）。因此，金属键合是一种极其离域的共价键合形式。从某种意义上说，金属键合根本不是一种“新”键合类型。它描述的结合仅存在于一大块凝聚态物质中：无论是结晶固体、液体，还是玻璃。相比之下，金属蒸气通常是原子(Hg)或有时包含分子，例如Na2，通过更传统的共价键结合在一起。这就是为什么说单一的“金属键”是不正确的。

离域对于s和p电子最为明显。铯的离域性非常强，电子实际上从铯原子中释放出来，形成仅受金属表面约束的气体。因此，对于铯而言，由带负电的电子气保持在一起的Cs+离子的图像并非不准确。对于其他元素，电子的自由度较低，因为它们仍然体验金属原子的电位，有时非常强烈。它们需要更复杂的量子力学处理（例如，紧密结合），其中原子被视为中性，很像苯中的碳原子。对于d-尤其是f电子，离域化根本不强，这解释了为什么这些电子能够继续作为保持自旋的未配对电子，为这些金属增加有趣的磁性。

金属原子相对于它们的周期或能级在它们的价壳中包含很少的电子。他们缺电子元素和公共共享不会改变这一点。可用的能量状态比共享电子的数量要多得多。因此满足了对导电性的两个要求：强离域和部分填充的能带。因此，这样的电子可以很容易地从一种能态转变为一种略有不同的能态。因此，它们不仅变得离域，形成渗透结构的电子海，而且当施加外部电场时，它们还能够迁移通过结构，导致导电。没有场，电子在各个方向上均等地运动。在这样的场内，一些电子会稍微调整它们的状态，采用不同的波矢量.因此，一种方式的移动比另一种方式多，并且会产生净电流。

电子迁移的自由也使金属原子或它们的层能够相互滑过。在局部，键很容易在变形后断裂并被新键取代。该过程不会对公共金属键合产生太大影响，从而产生金属特有的延展性和延展性。对于纯元素尤其如此。在溶解的杂质存在的情况下，通常容易形成的劈裂可能被阻塞，材料变得更硬。例如，纯金（24克拉）非常柔软，这就是为什么在珠宝中首选合金的原因。

金属通常也是热的良导体，但传导电子仅对这种现象有部分贡献。原子的集体（即离域）振动，即以波形式穿过固体的声子，是更大的贡献者。

但是，诸如金刚石之类的导热性很好的物质不是电导体。这不是金刚石中不存在离域化的结果，而仅仅是碳不缺电子。

电子缺陷对于区分金属与更传统的共价键很重要。因此，我们应该将上面给出的表达式修改为：金属键是缺电子共价键的一种极度离域的公共形式。

移动电荷载体的海洋的存在对产生深远的影响光学特性的金属，其可仅通过考虑电子作为一个被理解集体，而不是考虑参与多种常规共价键单个电子的状态。

光由电场和磁场的组合组成。电场通常能够激发参与金属键合的电子的弹性响应。结果是光子不能穿透金属很远，通常会被反射，尽管有些也可能被吸收。这同样适用于可见光谱中的所有光子，这就是为什么金属通常呈银白色或灰色，具有金属光泽的特征镜面反射。反射和吸收之间的平衡决定了金属的白度或灰度，尽管表面失去光泽会掩盖光泽。银是一种具有高导电性的金属，是最白的金属之一。

值得注意的例外是红铜色和金黄色。它们颜色的原因是金属电子可以轻松响应的光频率有一个上限：等离子体频率。在等离子体频率下，自由电子气的频率相关介电函数从负（反射）变为正（传输）；高频光子不会在表面反射，也不会影响金属的颜色。有一些材料，例如氧化铟锡(ITO)，它们是金属导体（实际上是简并半导体），其阈值在红外线中，这就是为什么它们在可见光下是透明的，而在红外线下却是良好的反射器。

对于银，极限频率在远紫外线，但对于铜和金，它更接近可见光。这解释了这两种金属的颜色。在金属表面，会产生称为表面等离子体的共振效应。它们是传导电子的集体振荡，就像电子海洋中的涟漪。然而，即使光子有足够的能量，它们通常也没有足够的动量来启动涟漪。因此，等离子体很难在块状金属上激发。这就是为什么金和铜看起来像有光泽的金属，尽管带有一点颜色。然而，在胶体金中金属键被限制在一个微小的金属颗粒中，这可以防止等离子激元的振荡波“逃跑”。因此，动量选择规则被打破，等离子体共振在绿色中引起极其强烈的吸收，从而产生紫红色。这种颜色比在染料等中看到的普通吸收要强几个数量级，后者涉及单个电子及其能态。