当两种金属元素的电负性、电子层结构和原子半径差別较大时,则易形成金属化合物(或称金属互化物)。它又分为组成固定的“正常价”化合物和组成可变的电子化合物。金属化合物的结构型式一般不同于纯组分金属单独存在时的结构型式。
“正常价”的化合物其化学键介于离子键和金属键之间。由于键的这种性质,所以“正常价”化合物的导电性和导热性比各组分金属低,而熔点和硬度却比各组分金属高,如Mg2Pb就是这样。
大多数金属化合物是电子化合物。它们以金属键相结合,故不遵守化合价规则。其特征是化合物中价电子数与原子数之比有一定值。当组成使电子数和原子数之比达到3:2,21:13和7:4时,一般各出现β相、γ相和ε相。毎一比值都对应着一定的晶格类型。如表16-6所示。由于其性质决定于电子数和原子数之比,故称为电子化合物。
形成这类合金的某些金属原子的价电子数如表16-7所示。
合金的性质主要决定于它的组成和内部结构。其内部结构与成分金属的性质、各成分用量之比和制备合金时的条件有密切关系。
一般说来,除密度以外,合金的性质井不是它的各成分金属的总和。多数合金的熔点低于它的任何一种成分金属的熔点。合金的硬度一般比各成分金属的硬度都大,例知,在铜里加1%的铍所生成的合金的硬度,比纯铜大7倍。合金的导电性和导热性比纯金属也低得多。
表16-6 电子数/原子数与晶格类型的关系
电子数/原子数 | 3/2 | 21/13 | 7/4 |
晶格类型 |
体心立方晶格 β相 |
复杂立方晶格 γ相 |
六方晶格 ε相 |
合金 | CuZn Au3Al | Cu5Zn8 Fe5Zn21 | CuZn3 Au3Sn |
表16-7 一些金属原子的价电子数
金属原子 |
价电子数 |
Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt | 0 |
Cu、Ag、Au | 1 |
Zn、Cd、Hg | 2 |
Al、In、Ga | 3 |
Sn、Si、Ge、Pb | 4 |
有些合金与组成它的纯金属在化学性质上也表现出很大的不同,例如铁容易与酸反应,如果在普通钢里加入25%左右的铬和少量的镍,就不容易跟酸反应了,这种钢称为耐酸钢。