本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
在之前的文章中，我介绍了关于氢键和范德华力的一些弱分子内力，上个月我开始探索强力的世界，介绍了离子键。本月我将关注金属键，这种力将所有纯金属的原子结合在一起。元素周期表中有许多金属，为了简单起见，我将这篇文章分为两部分。首先，是对碱金属中金属键的 GCSE 解释，例如钠、钾和其他在人们想到“金属”这个词时不会真正想到的东西。然后我将看看过渡金属，目前仅限于纯金属形式，因为过渡金属的许多令人兴奋的特性是几个单独的博客文章的主题！
1) 碱金属
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碱金属的最外层电子壳层只有很少的电子（一个或两个）。正如在关于离子键的文章中讨论的那样，它们实现完整外壳层的一种方法是形成离子——失去最外层电子形成正离子，然后在巨大的晶格中与负离子结合。另一种方法是让一种元素的所有原子（即所有 Na 原子或 Mg 原子）形成仅由原子组成的晶格，外层电子在原子之间的空间中自由漂浮。这就是金属键的本质，有时被描述为电子海中正离子晶格（即使严格来说它们不是真正的“离子”——金属元素将写成 Na 金属而不是 Na+ 离子）
对于碱金属来说，每个原子只有一到两个电子真正参与到这种离域的电子海中，这解释了为什么这些金属如此柔软，可以用刀切割。这也解释了它们普遍的挥发性，它们根本没有很好地结合在一起，如果弄湿钾和铯等金属，它们就会着火。
2) 过渡金属
对于过渡金属和任何其他金属，金属键的总体思路是相同的——离域的电子海围绕着正离子晶格。然而，为了解释过渡金属的性质，我必须稍微回顾一下，解释为什么它们很复杂，这涉及到轨道和一定量的量子力学。我在关于离子键的文章中介绍了每个电子壳层有八个电子的想法，虽然这对于前三个壳层来说是（有点）正确的，但在第四个壳层中就变得有点复杂了。
为了避免现在过于深入（我稍后可能会写一篇关于轨道形状的文章......），过渡金属的外壳层中的电子数量远不止八个——在第三和第四壳层之间引入了额外的电子轨道。这不仅允许存在更多的电子，而且这些轨道都与原子核的距离非常相似，因此都可以参与成键。最简单的想法可能是将过渡金属视为被许多随意的电子模糊地包围着，以及一些乐于接受一些额外电子的空轨道。
这意味着，一些过渡金属在晶格中每个原子周围不是只有一个自由电子，而是大约有五到六个。这就是为什么铜（例如）比镁强得多。金属键也解释了为什么金属可以导电；自由流动的电子就是电流。晶格是刚性的，但一旦稍微熔化，它就可以弯曲、拉伸和成型，而像盐这样的离子化合物则不能，这就是为什么铜可以拉伸成电线，铝可以弯曲成汽车。这是一个我们认为理所当然的特性，但它只发生在金属中。
虽然金属键很吸引人，但它们在生物化学上并没有那么重要。金属是有机生命形式中的微量元素，但它们倾向于与其他物质结合，或者以离子形式存在，而不是以固体金属形式存在。这就是为什么下个月我将介绍共价键——将地球上所有有机生命结合在一起的力。
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图片来源链接，用于金属键图片。
