生活中我們隨處可見金屬製的物品 有些人甚至是金屬製品的愛好者 相較於塑膠或是玻璃的材質 金屬製品帶來沉穩可靠的保護感 表面拋光後所呈現的光澤 更加地讓人愛不釋手 同學是否曾經想過 為什麼金屬的材質 會有如此特別的性質嗎？ 說到金屬物質的形成 我們就不得不提到 存在於金屬之內的金屬鍵 更早之前我們已經學習過了 金屬鍵是因為 金屬陽離子與電子海之間的庫侖靜電引力所造成的 因為金屬原子具有低游離能和低電負度的特性 所以對於其身上價電子的束縛力很小 使這些價電子 在規則排列的金屬陽離子之間隙中可以自由移動 我們稱之為「自由電子」 這些失去電子的金屬陽離子 像是浸沒在自由電子所構成的電子海中 因此金屬鍵並非存在於特定的某個兩個原子間 可看成是一群金屬陽離子被一群自由電子所包圍 一群帶正電荷的陽離子與一群帶負電荷的電子 它們之間彼此互相的吸引 故金屬鍵並沒有方向性 我們可以歸納出金屬鍵與其它化學鍵的不同之處 例如 離子鍵和共價鍵 上述三種鍵結之中 僅有連結明確兩個原子間的共價鍵具有方向性 我們剛才所提到的金屬鍵的形成並沒有方向性 並且金屬鍵的鍵能大小大約為離子鍵或是共價鍵的三分之一 另外 當金屬鍵形成的金屬物質 以本質上來說 是屬於連續性的結構 所以當我們需要書寫金屬物質的化學式時 我們也都會使用實驗式來表示 接下來 我們要來討論因為金屬鍵的鍵結原理所造成的金屬性質 其中大部分的性質 我們在日常生活中很常見 只是從前的你或許不知道如何解釋而已 第一個性質為金屬具有延性與展性 當金屬受到外力作用時 金屬陽離子雖然移動了原本的位置 但你再觀察一下 移動過後的金屬陽離子與原來電子海之間的相對位置關係 與移動前完全類似 你會發覺金屬鍵引力仍然存在 金屬鍵不同於離子鍵 不會因為金屬原子受到外力的作用而斷裂 所以我們會說金屬物質一般具有良好的延性與展性 第二個性質為金屬具有良好的導電導熱性 因為金屬中的價電子在電子海中可以自由獨立地移動 也極容易在電場驅動下向正極移動 因此金屬物質一般為電的良導體 而也因為同在金屬固體中 價電子能夠在整個固體中自由移動 而使熱得以快速向各方傳送 因此金屬製物質也容易導熱 第三個性質為具有金屬光澤 因為在金屬固體內 各價電子被結晶內的金屬原子共同擁有 依能帶理論的解釋 只需要極小的能量 電子就能在各能階間移動 故金屬可經由這些電子吸收廣大範圍波長的光 並可以立即輻射出來 所以金屬固體都具有光澤 聽完上面的講述 你是否已經可以判斷出 以下有關金屬晶體的敘述中哪幾項是正確的呢？ 雖然不同金屬物質形成金屬鍵的原理都差不多 但是科學家還是想知道 在不同的金屬鍵強弱下 實際上會造成哪些金屬的性質差異呢？ 經過研究歸納後發現 金屬鍵的強弱主要會反映在不同金屬間的熔點 沸點還有汽化熱的大小上 如果要討論金屬鍵的強弱 可以針對正負電荷間的庫侖靜電力做為思考的基礎 但金屬陽離子畢竟不是一個質點 不同的金屬陽離子 也有體積大小還有彼此堆積方式不同的差異 經過觀察 科學家發現金屬鍵的強弱與以下三點有關 1.自由電子的數目 2.金屬離子的半徑大小 3.金屬原子的晶體堆積形式 也就是在相同晶體堆積的前提下 當價電子數目越多或是金屬原子的半徑越小 金屬鍵的強度就越強 反映在外在的性質就是金屬的熔沸點越高以及汽化熱越大 在週期表上 我們可以大致地觀察金屬元素熔沸點的趨勢 在同一週期的金屬元素上 金屬原子在體積彼此相差不多的情況下 金屬陽離子所帶的電荷越多且離子半徑越小 那麼金屬鍵就越強 熔沸點越高 例如同一週期中 以熔點來說 鋁大於鎂大於鈉 而鈧大於鈣大於鉀 而以沸點來說 也同樣是鋁大於鎂大於鈉 以及鈧大於鈣大於鉀 若為同一族的金屬元素 在金屬堆積方式相同的前提下 如果金屬陽離子所帶的電荷相同 當離子的半徑越大 則金屬鍵越弱 熔點就會越低 例如鹼金族均為相同的體心立方堆積 原子序越大 熔點越低 因此以熔點及沸點來說 由大到小依序為 鋰、鈉、鉀、銣、銫 但若是同一族金屬元素 金屬晶體堆積方式不相同的情況下 金屬鍵的大小就沒有規律性了 則熔點及沸點便沒有規則可遵守 如鹼土族元素 我們可以看到 鈹、鎂、鈣、鍶、鋇的熔點及沸點都沒有規則可循 因為不同的金屬陽離子堆積方式 會造成離子間距離差異 再加上金屬陽離子的半徑大小不同 所造成的電荷密度大小亦不同 因此在不同因素的互相影響下 則沒有規則性 至於金屬汽化熱的趨勢 也是與上面的金屬鍵的推論相同 在同週期中 自左向右升高 學習完金屬鍵與金屬性質的觀念後 讓我們做以下三點的重點整理 1.金屬鍵的形成沒有方向性 鍵能大小約為離子鍵還有共價鍵的三分之ㄧ 2.因為金屬鍵而形成金屬物質的性質有 延展性、導電導熱性以及物質帶有金屬光澤 3.金屬鍵的強弱與金屬物質的熔、沸點高低 以及汽化熱有關 趨勢的判斷為 在同一週期時 價電子數越多 熔、沸點越高 汽化熱越大 在同一族時 在相同金屬陽離子堆積的前提下 才有原子序越小 熔、沸點越高 汽化熱越大的趨勢 同學看完了這支影片 你能試著利用剛剛學習到的知識 判斷以下三個金屬銣、鎂、鋁彼此的熔點高低嗎？ 歡迎與我們分享你是怎麼推論的 我們下次見 掰掰