A-level 化學/OCR (Salters)/金屬鍵
金屬鍵是將金屬原子在固態和液態中結合在一起的鍵。
對金屬中鍵合的最簡單描述*包括金屬陽離子在電子海中的晶格。
金屬原子將其價電子釋放到電子海中，但其核心電子仍定位在原子核周圍。這種價電子的廣泛離域是大多數金屬性質的原因。
物理學家有時認為金屬由電子“氣體”組成，電子可以自由地在金屬陽離子的規則排列周圍流動。在金屬中，價電子可以自由地在整個結構中游動，但在沒有從其他地方獲得額外能量的情況下不能完全逃逸。
因為金屬中的價電子完全離域，所以如果電場或電路促使它們流動，它們可以流過金屬。導電包括電子在特定方向上流動，並且通常在較高溫度下降低，因為電子與振動原子更頻繁地碰撞。
電子也有助於熱量透過金屬傳導，補充了任何固體中原子相互碰撞所產生的傳導。熱傳導，與導電相反，包括電子在隨機方向上的運動，並且通常在較高溫度下增加，因為更頻繁的碰撞有助於傳播熱振動。
- 金屬具有延展性和韌性，因為金屬鍵沒有方向性。
- 金屬鍵不反對變形，因為金屬核位置的變化不會增加結構的能量。
- 另一方面，共價鍵僅在某些方向上牢固，並且反對變形。
- 金剛石非常堅硬，因為使其變形需要斷裂鍵，並且它在所有方向上都有許多牢固的共價鍵。
- 分子固體，如硫，S8，具有牢固的分子內共價鍵，但分子間鍵很弱，因此它們很軟。
- 離子鍵也沒有方向性，但是使離子固體變形會將帶相同電荷的離子推得更近。
- 這些相同電荷的排斥力會反對任何變形。
- 這解釋了為什麼離子固體很脆——它們會在一定程度上強烈地抵抗變形，但在這一點之外，它們會失效。
金屬的鍵合越強，其熔點和沸點就越高。熔化金屬需要使金屬鍵鬆散，而沸騰幾乎會破壞所有金屬鍵（在氣相中，金屬以單個原子或小分子或簇的形式存在，例如 Li2）。
金屬鍵可以很弱，但通常很強。貢獻一個電子形成金屬鍵的原子鍵合較弱，熔點較低。貢獻兩個電子的原子具有更強的金屬鍵合，因此熔點更高。
| 金屬 | mp / °C | 金屬 | mp / °C | 金屬 | mp / °C |
| Li | 181 | Be | 1278 | ||
| Na | 98 | Mg | 650 | ||
| K | 63 | Ca | 839 | Sc | 1539 |
| Rb | 37 | Sr | 769 | Y | 1530 |
| Cs | 28 | Ba | 729 | La | 920 |
1 族金屬 Li-Cs 的熔點都比較低，因為它們每個原子只貢獻一個電子形成金屬鍵。2 族金屬 Be-Ba 的熔點適中，因為它們每個原子釋放兩個電子形成金屬鍵。3 族金屬的熔點很高，因為它們可以每個原子提供三個電子形成金屬鍵。
| 金屬 | mp / °C |
| B | 2300 |
| Al | 660 |
| Ga | 30 |
| In | 157 |
| Tl | 304 |
13 族金屬 B-Tl 似乎不遵循任何規律！
硼是一種準金屬，並且是離子鍵合的——它電負性太強，無法釋放其價電子形成金屬鍵。
Al、Ga、In 和 Tl 具有不同的核心電子構型。鋁具有惰性氣體核心，[Ne]，但鎵和銦分別具有“惰性氣體加上填充的 d 子層”核心，[Ar]3d10 和 [Kr]4d10。鉈具有“惰性氣體加上填充的 d 和 f 子層”核心，[Kr]4f145d10。
Ga、In 和 Tl 核心中的填充 d 和 f 子層在遮蔽其價電子免受原子核影響方面比填充的 s 和 p 子層要弱得多，這是因為 d 和 f 軌道的形狀彌散。結果，它們的價電子感受到來自原子核的更強的拉力（更大的有效核電荷），因此不容易被釋放形成金屬鍵。
過渡金屬幾乎都具有非常高的熔點和沸點，因為它們有許多價電子可以貢獻形成金屬鍵。除了類似過渡金屬的非過渡金屬 Zn、Cd 和 Hg 外，最低熔點為 961 °C（銀），最高為 3407 °C（鎢，僅次於碳）。過渡金屬的平均熔點約為 1900 °C。
雖然過渡金屬的熔點很高，但從第 3 族到第 4 族熔點的升高並不像從第 1 族到第 2 族以及從第 2 族到第 3 族那麼大。此外，過渡金屬的熔點從左到右增加，直到 d 區塊的中間左右，然後又開始下降。
強度高的金屬和合金用作結構材料，最重要的是鐵（主要是鋼）和鋁（與 Mg、Si 和/或 Cu 合金）。雖然許多材料很堅固，但金屬和合金很特別，因為它們也是彈性的（可以變形但會恢復原狀），因此易於成型（延展性、韌性和可加工性）。其他沒有金屬鍵的堅固材料是脆性的而不是彈性的，並且可能容易斷裂或難以加工成所需的形狀。
* 一種更復雜但更詳細和更現實的看待金屬鍵的方法被稱為 能帶理論，它在 A-level 物理中被介紹，並由物理學和化學專業的本科生學習，但不是 Salters 高階化學的一部分。它基本上說 原子軌道 來自每個金屬原子相互作用以創造一個幾乎無限數量的巨大的離域軌道，每個軌道離域在每個金屬原子上。這些離域軌道的能級覆蓋一個稱為 *能帶* 的能量範圍（因此得名 *能帶理論*），可以被視為連續的，因此只要能量在能帶內，就有任何能量的軌道。