金属与非金属的物理性质有很多明显的不同:
表16-2 金属与非金属的比较
金属 | 非金属 |
1.常温时,除了汞是液体外,其它金属都是固体 | 常温时,除了溴是液体外,有些是气体,有些是固体。 |
2.一般密度比较大 | 一般密度比较小 |
3.有金属光泽 | 大多没有金属光泽 |
4.大多是热及电的良导体,电阻通常随着温度的增高而增大 | 大多不是热和电的良导体,电阻通常随温度的增高而减小 |
5.大多具有展性和延性 | 大多不具有展性和延性 |
6.固体金属大多属金属晶体 | 非金属的固态大多属分子型晶体 |
7.蒸气分子大多是单原子的 | 蒸气(或气体)分子大多是双原子或多原子的 |
自由电子的存在和紧密堆积的结构使金属具有许多共同的性质如良好的号电性、导热性、延展性以及金属光泽等。下面分别简要说明之:
由于金属原子以最紧密堆积状态排列,内部存在自由电子,所以当光线投射到它的表面上时,自由电子吸收所有频率的光,然后很快放出各种频率的光,这就使绝大多数金属呈现钢灰色以至银白色光泽。此外,金显黄色,铜显赤红色,为淡红色,铯为淡黄色以及铅是灰蓝色,这是因为它们较易吸收某一些频率的光之故。金属光泽只有在整块时才能表现出来,在粉末状时,一般金属都呈暗灰色或黑色。这是因为在粉末状时,晶格排列得不规则,把可见光吸收后辐射不出去,所以为黑色。
许多金属在光的照射下能放出电子。有一些能在短波辐射照射下放出电子,这种现象称为光电效应。另一些在加热到高温时能放出电子,这种现象称为热电现象。
根据金属键的概念,所有金属中都有自由电子。在没有外加电场作用时,自由电子没有一定运动方向,因此没有定向电流产生。当金属导线接到电源的正、负两极时,有了电势差、自由电子便沿着导线由负极移向正极,形成电流。这就显示出金属的导电性。这与电解质的水溶波和熔融盐的导电原因是不同的,离子导电在两极上会发生化学反应。
当温度升高时,金属离子和金属原子的振动增加,自由电子的运动受阻碍程度增加,因此金属的导电性就降低。
金属的导热性也和自由电子的存在密切相关,当金属中有温度差时,不停运动的自由电子不断与晶格结点上振动的金属离子相碰撞而交换能量,因而使金属具有较高的导热性。
大多数金属有良好的导电性和导热性。善于导电的金属也善于导热,按照导电和导热能力由大到小的顺序,将常见的几种金属排列如下:
Ag,Cu,Au,Al,Zn,Pt,Sn,Fe,Pb,Hg
金属和其它类型固体的导电性有很大差別,见表16-3。
表16-3 各种固体的电导率
物质 | 键的类型 | 电导率/Ω-1·cm-1 |
银 | 金属键 | 6.3×10(5次方) |
铜 | 金属键 | 6.0×10(5次方) |
钠 | 金属键 | 2.4×10(5次方) |
锌 | 金属键 | 1.7×10(5次方) |
氯化钠 | 离子键 | 10(-7次方) |
金刚石 | 大分子共价键 | 10(-14次方) |
石英 | 大分子共价键 | 10(-14次方) |
金属有延性,可以抽成细丝。倒知最细的白金丝直径不过1/5000mm,金属又有展性,可以压成薄片,例如最薄的金箔,只有1/10000mm厚。金属的延展性也可以从金属的结构得到说明。当金属受到外力作用时,金属内原子层之间容易作相对位移,而金属离子和自由电子仍保持着金属键的结合力,金属发生形变而不易断裂,因此金属具有良好的变形性。也有少数金属,如锑、铋、锰等,性质较脆,没有延展性。
离子晶体和原子晶体受外力作用很大时,离子键和共价键破裂,晶格结点失去联系,导致晶格的破裂。
锂、钠、钾比水轻,大多数其它金属密度较大。金属的硬度一般较大,但它们之间有很大差别。有的坚硬如铬、钨等;有些软如蜡,可用小刀切割如钠、钾等。金属的熔点一般较高,但高低差别较大。最难熔的是钨,最易熔的是汞和铯、镓。汞在常温下是液体,铯和镓在手上受热就能熔化。