金属

化学

jīn shǔ

金属通常是有光泽、可锻造、可延展、导热导电性能良好的元素;金属容易失去电子形成正离子。

Visualization

Definition

金属是一类有光泽、能弯曲而不折断、并能让热和电流通过的元素,周期表上大多数元素都是金属。金属位于周期表的左侧和中部,具有金属光泽,导热导电性能良好,具有延展性(可锤成薄片)和可延性(可拉成金属丝);金属价电子较少,容易失去价电子形成正离子,因此能与非金属反应生成离子化合物,大多数金属还能与酸反应释放出氢气。这些性质都源于金属键:价电子在阳离子晶格间共享,形成离域的电子海,可自由移动的电子解释了导电性和光泽(自由电子吸收并重新发射光),阳离子层之间可以滑动而不破坏定向的化学键则解释了延展性。金属的电离能和电负性都较低,在反应中充当还原剂。

Example

铜导线能传导电流,铝箔可以弯折包裹食物,铁能制成坚固的横梁,这三者都是金属。锌能与盐酸反应:$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$;铁与氧气和水反应生锈,生成氧化铁 $Fe_2O_3$;而金却极其不活泼,能保持光泽数百年之久。铜的导电率约为 $5.96 \times 10^7\text{ S/m}$,仅次于银,因为每个铜原子都向导带贡献一个 $4s$ 电子;但铜的反应活性很低:铜不与稀 $HCl$ 反应,因为它的标准还原电位($+0.34\text{ V}$)高于氢。

Key Insight

并不是所有金属都很坚硬;钠用黄油刀就能切开,汞在室温下则是液体。大约四分之三的元素都是金属,但日常生活中常见的只有少数几种,铁、铝、铜之所以占主导地位,是因为它们储量丰富、提炼成本低。金属活动性顺序按金属失去电子的难易程度排列,从最容易失去电子的钾和钠,到最不容易失去电子的金和铂;排在前面的金属能把排在后面的金属从溶液中置换出来,这也是铁钉浸入硫酸铜溶液后表面会镀上一层铜的原因。