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第八章 “金屬”的化學

47 金屬究竟是什麽

以金、銀、銅、鐵、鉛以及鉑金等為代表,我們周圍存在很多種類的金屬。那麽金屬到底是什麽呢?

◎金屬的條件

金屬元素需要滿足以下3個條件:

①有金屬光澤;

②有展性、延性;

③能夠導電。

這三個條件都沒有具體的數值,僅僅是定性要求。“有金屬光澤”這一條可能還比較好理解;“展性”指的是金屬在錘擊下能夠變成薄片的性質;而“延性”指的是金屬能夠拉伸成細絲的性質。

例如,1克的金(Au),可以變成長度為2800米的細絲,也能夠變成厚度為1毫米的萬分之一(0.1微米)的薄片,薄片透明,透過薄片看外界,外界變成了藍綠色。

圖8-1 金屬的3個條件

◎導電性

電流是電子的流動。電子從A點移動到B點時,電流從B點流向A點。電子容易移動的物質是傳導性高的導體,電子不容易移動的物質是絕緣體,兩者之間的叫作半導體。

導體:電子容易移動的物質。

絕緣體:電子不容易移動的物質。

半導體:介於導體和絕緣體之間的物質。

固體的金屬是球狀的金屬離子整齊堆積的晶體。球與球之間填充著被稱為自由電子[1]的電子。施加電壓時,自由電子會從金屬離子的旁邊穿過,此時金屬離子運動會妨礙傳導。

圖8-2 導電性

金屬離子的運動叫作熱振動,因此溫度越高,金屬離子的熱振動會越激烈,電子的移動會變得越困難。[2]

◎超導性

到了一定溫度(臨界點)後,導電性會無限增大,電阻會變為零,這種狀態叫作超導狀態。由於在超導狀態下沒有電阻[3],因此導線線圈不會發熱,可以持續傳導高電流,這種可以做成超強力的磁體被稱為超導磁體。超導磁體在大腦斷層成像的MRI[4]以及利用磁體的斥力使列車懸浮行駛的磁懸浮列車中是必不可少的。