金屬
金屬（Metal）是一種具有光澤（也就是對可見光的強(qiáng)反射）具有高電導(dǎo)率、高導(dǎo)熱性和可塑性、延展性和高反射性物質(zhì)。 金屬通常是堅(jiān)硬的結(jié)晶固體，能產(chǎn)生各種化學(xué)反應(yīng)，能與其他金屬形成合金。金屬資源在地球上分布廣泛它們大部分以化合態(tài)存在，還有少量惰性金屬如金、銀以單質(zhì)形式存在。金屬也廣泛應(yīng)用于人類生活。在人類社會發(fā)展史上，青銅時(shí)代出現(xiàn)在石器時(shí)代之后、鐵器時(shí)代以金屬材料的應(yīng)用為標(biāo)志。
電子排布 編輯本段
金屬原子最外層的電子數(shù)相對較少，一般為12個(gè)。這些電子與原子核之間的結(jié)合力較弱，因此很容易脫離原子核的束縛而成為“自由電子”自由電子”電場中的定向運(yùn)動(dòng)使金屬導(dǎo)電，在導(dǎo)電過程中不發(fā)生化學(xué)變化；金屬的導(dǎo)熱性主要依靠自由電子的遷移和晶格振動(dòng)，使金屬表現(xiàn)出導(dǎo)熱性。
過渡金屬原子不僅容易失去最外層電子，還容易失去次外層電子，導(dǎo)致過渡原子的化合價(jià)可變當(dāng)過量的金屬原子結(jié)合時(shí)，不僅最外層電子可以參與結(jié)合，次外層電子也可以參與結(jié)合所以過渡金屬原子之間的結(jié)合能力強(qiáng)，表現(xiàn)為熔點(diǎn)高、強(qiáng)度高?？梢钥闯?，價(jià)電子決定了金屬的主要性能；過渡金屬不同的電學(xué)性質(zhì)源于其原子中電子對非成鍵D帶的填充狀態(tài)當(dāng)D軌道被部分填充時(shí)，它已經(jīng)(半)當(dāng)D軌道完全填滿時(shí)，金屬導(dǎo)電性是絕緣的或半導(dǎo)電的。
晶體結(jié)構(gòu) 編輯本段
金屬和合金通常是固態(tài)晶體。在固體金屬中，許多原子通過金屬鍵結(jié)合在一起。固體金屬的兩個(gè)原子之間的相互作用力是正離子和周圍電子之間的引力，正離子和正離子之間的斥力，電子之間的斥力。結(jié)合能是引力和斥力的交互作用，不同的金屬有不同的結(jié)合能。當(dāng)大量的金屬原子與一種固體結(jié)合時(shí)，為了使固體金屬具有最低的能量并保持其穩(wěn)定狀態(tài)，原子之間也保持一定的平衡距離，這是固體金屬中的原子緊密而規(guī)則排列的重要原因。
液態(tài)金屬汞的電子結(jié)構(gòu)，它的最外層軌道是‘充滿’是的，雖然它能發(fā)射電子，但是沒有自由軌道接受電子，所以一個(gè)都進(jìn)不去。因?yàn)橹挥心芰扛叩目臻e軌道才能用于組合，所以是弱組合。
分布情況 編輯本段
金屬在自然界中分布廣泛。由于各種金屬的化學(xué)活性差異很大，所以在自然界中以不同的形式存在。少數(shù)化學(xué)性質(zhì)不太活潑的金屬元素在自然界中以游離單質(zhì)形式存在，其他大部分金屬以化合物形式存在。一般來說，輕金屬是氧化物（赤鐵礦的主要成分是Fe2O3、磁鐵礦的主要成分是Fe3O4）氟化物（如CaF2）硫酸鹽（MgSO4）磷酸鹽、碳酸鹽（如CaCO3）和其他形式存在，而重金屬大多是氧化物、硫化物礦化，許多以硅酸鹽形式存在。這些礦物大部分埋藏在地下，成為地殼和巖石圈的一部分。還有一些溶解度很高的礦物質(zhì)被雨水或地下水帶入海洋。此外，海底巖石原本就含有各種礦藏，所以海洋中也有大量的金屬資源。
金屬分類 編輯本段
根據(jù)金屬的顏色和性質(zhì)，可以分為兩類：黑色金屬和有色金屬。
黑色金屬：工業(yè)上對鐵、鉻和錳的總稱，包括這三種金屬的合金。如：鋼、生鐵、鐵合金、鑄鐵等。純鐵和鉻是銀白色，錳是銀灰色。因?yàn)殇摰谋砻嫱ǔ８采w著一層黑色的四氧化三鐵，而錳和鉻主要用于冶煉黑色合金鋼，所以會被誤認(rèn)為是它“黑色”金屬。
有色金屬：泛指除去鐵（有時(shí)錳和鉻也被去除）和鐵基合金。因?yàn)橛猩饘俜N類多，所以礦產(chǎn)地的數(shù)量比黑色金屬多得多。有色金屬可分為重金屬、輕金屬、貴金屬和稀有金屬。
重金屬：一般來說，密度大于5g/cm3的金屬。如金、銀、銅、鐵、汞、鉛、鎘等重金屬在人體內(nèi)積累到一定程度，會引起慢性中毒此外，重金屬是土壤環(huán)境中一種潛在的有害污染物，長期積累會改變農(nóng)業(yè)土壤的功能。
輕金屬：一般相對密度為5g/立方厘米以下的有色金屬。包括鋁、鎂、鋰、鈹、銣、銫、鉀、鈉、鈣、鍶、鋇、鈦等。輕金屬不僅密度低，而且化學(xué)活性高，類似于氧、硫、碳和鹵素化合物之間的接觸相當(dāng)穩(wěn)定。鋁是用量最大的輕金屬，產(chǎn)量和消費(fèi)量僅次于鋼，是第二大金屬。
貴金屬：這些金屬在地球上的含量很低地殼，分布稀疏，互溶共生，富集、分離和純化既困難又昂貴?；瘜W(xué)性質(zhì)也比較穩(wěn)定，不容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，比如金、銀和鉑族金屬（鉑、釕、銠、鈀、鋨、銥）
稀有金屬：外殼里的更少、分布稀疏或難以從原材料中提取的金屬。如鋰、鈹、鈦、釩、鍺、鉬、銫、鑭、鎢、鐳等。
合金：合金是以金屬為基礎(chǔ)，添加其他金屬或非金屬，通過熔煉或燒結(jié)制成的一種具有金屬特性的材料。機(jī)械制造中使用的金屬材料主要是合金，純金屬很少使用。因?yàn)楹辖鸨燃兘饘倬哂懈玫臋C(jī)械性能和工藝性能，而且價(jià)格低廉。最常用的合金是基于鐵的鐵碳合金，如碳鋼、合金鋼、灰鑄鐵等以及基于銅的黃銅、青銅等鋁基鋁硅合金等。
金屬性質(zhì) 編輯本段
物理性質(zhì)：在室溫下，大部分都是固體，唯一的液體是水銀；金屬外觀：除Cu、除了金，大部分金屬都是銀白色，有金屬光澤；金屬通常具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性。
金屬光澤：自由電子很容易吸收可見光的能量，被激發(fā)到更高的能級當(dāng)它們跳回到原來的能級時(shí)，就會輻射出吸收的可見光能量，從而使金屬變得不透明而有光澤。
延展性：沒有金屬鍵的飽和性和方向性當(dāng)金屬的兩部分發(fā)生相對位移時(shí)，金屬的正離子始終被包圍在電子云中，從而保持了金屬鍵的結(jié)合，所以金屬具有延展性。
導(dǎo)電導(dǎo)熱：金屬熱傳導(dǎo)主要依賴于自由電子的遷移和晶格振動(dòng)，“自由電子”電場中的定向運(yùn)動(dòng)使金屬導(dǎo)電。這些都是源于“自由電子”而金屬容易失去價(jià)電子，產(chǎn)生自由電子，所以金屬一般具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性。
金屬
金屬力學(xué)性能 編輯本段
強(qiáng)度：金屬材料在靜載荷下抵抗永久變形或斷裂的能力。根據(jù)力的形式，可能有屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等等。
塑性：金屬材料在負(fù)載下產(chǎn)生永久變形而不損壞的能力。受壓后，這種材料會保持一定的變形。
硬度：金屬材料表面抵抗比它硬的物體侵入的能力。硬度是一個(gè)綜合指標(biāo)，代表力量、塑性等綜合力學(xué)性能。常見的硬度有布氏硬度洛氏硬度和維氏硬度。
韌性：金屬材料抵抗沖擊負(fù)荷（力的作用時(shí)間很短）而不被摧毀。
疲勞是指材料在交變應(yīng)力下的性能；彈性是指一種金屬材料在外力消失時(shí)能恢復(fù)原來尺寸的特性。
金屬磁性 編輯本段
只有少數(shù)金屬是鐵磁性的，而大多數(shù)金屬是抗磁性的或順磁性的。例如鐵、鈷、鎳是鐵磁性金屬，它們的內(nèi)部電子自旋可以在小范圍內(nèi)自發(fā)排列，形成自發(fā)磁化區(qū)域，這種區(qū)域稱為磁疇。鐵磁材料磁化后，內(nèi)部磁疇整齊、以相同的方向排列以增強(qiáng)磁性，形成磁體。磁鐵吸鐵的過程就是鐵塊磁化的過程被磁化的鐵塊與磁鐵以不同的極性相互吸引，鐵塊與磁鐵牢固連接“粘”在一起了。
化學(xué)性質(zhì) 編輯本段
一種元素的化學(xué)特性取決于最外層的電子數(shù)，而金屬原子最外層的電子數(shù)相對較少，一般為12個(gè)，容易失去電子變成正離子，所以金屬元素的還原性相對較強(qiáng)，容易發(fā)生氧化反應(yīng)。
焰色反應(yīng)：許多金屬或其化合物在燃燒時(shí)有一種特殊的顏色，這種顏色被稱為火焰反應(yīng)。它是一種物理變化，相應(yīng)的金屬，無論是離子還是單質(zhì)，燃燒時(shí)都會呈現(xiàn)出相應(yīng)的火焰顏色。堿金屬元素及鈣、鍶、鋇、火焰反應(yīng)可以發(fā)生在一些金屬中，如銅。
金屬提煉 編輯本段
一般來說，從含金屬的礦石中提取金屬需要三個(gè)步驟：①采礦和選礦；②冶煉；③精煉。 選礦是對開采出來的礦石進(jìn)行預(yù)處理，去除礦石中的大量脈石（主要是石英、石灰石和長石等）去除，以提高礦石中有用成分的含量，達(dá)到富集的目的。常用的選礦方法是水選、磁選和浮選等。選礦工藝主要是利用礦石中有用組分與脈石之間物理性質(zhì)的差異來進(jìn)行分離。自然界中大多數(shù)金屬以其化合物或鹽的形式存在由于金屬的化學(xué)活性不同，金屬離子獲得電子和被還原成金屬原子的能力也不同，因此相應(yīng)的冶煉方法也不同。
電解法：電解是最強(qiáng)的還原方法，任何離子化合物都可以被電解，在陰極上得到還原產(chǎn)物。所以幾乎所有的金屬都可以通過電解來制備。這種方法得到的產(chǎn)品純度高，但耗能大，成本高。目前，工業(yè)上使用鋁和比鋁更活潑的金屬，如鈣、鎂、鈉等是通過電解獲得的。
金屬用途 編輯本段
金屬廣泛應(yīng)用于人類的生產(chǎn)和生活中。例如，純金屬、金屬的合金、金屬間隙化合物或金屬復(fù)合材料。金屬或金屬材料有很多種簡單介紹各種金屬的典型用途。
堿金屬和堿土金屬由于其活潑的化學(xué)性質(zhì)，它是一種優(yōu)良的還原劑、脫鹵劑。特別地，金屬Na和金屬M(fèi)g在有機(jī)合成化學(xué)工業(yè)和冶金工業(yè)中具有重要和廣泛的應(yīng)用。S區(qū)的金屬具有良好的導(dǎo)電性，有些金屬如銫在輻照后會產(chǎn)生電流，可以產(chǎn)生光電效應(yīng)。因而銫、鉀、銣常用作光電材料，可以將光信號轉(zhuǎn)化為電信號。
s區(qū)金屬和鋁屬于輕金屬，是制造輕合金的重要原料。由于鈹、鎂、鋁質(zhì)地相對較硬，密度較低，適合制造輕合金。鎂合金、鋁合金和鈹合金是重要的低密度高強(qiáng)度輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，廣泛應(yīng)用于航天器、航空、汽車、機(jī)械工業(yè)等方面。
大多數(shù)堿金屬和P區(qū)金屬具有低熔點(diǎn)，并且是制造低熔點(diǎn)合金如錫的重要原料、鉛、鉍等。這種合金用于自動(dòng)滅火設(shè)備和鍋爐安全裝置、信號儀表等。
元素周期表中金屬和非金屬邊界的一些金屬元素，如鎵、銦、鍺是一種典型的半導(dǎo)體材料，廣泛用于制造各種半導(dǎo)體器件和電子元件。銀、銅、金、鋁是所有金屬中導(dǎo)電性最好的。銀和金化學(xué)穩(wěn)定性高，但價(jià)格昂貴它們通常在要求苛刻的情況下用作導(dǎo)電元件，而銅和鋁（尤其是鋁、質(zhì)輕價(jià)廉）廣泛應(yīng)用于電氣行業(yè)制造各種電線、電纜、電極和導(dǎo)電元件部件。
金、銀、銅自古以來就是制造貨幣的主要材料，今天仍是一些國家造幣合金的成分。此外，還制作各種飾品、器皿和精美的手工藝品、收藏品也是金銀的重要用途。
鐵是所有金屬中使用最廣泛的、自古代鐵器時(shí)代以來，鐵是數(shù)量最多的金屬，是制造工具、日常用品和武器的基本材料。今天，鐵仍然是各種不同性質(zhì)的鋼的基本成分。
鐵、鈷、鎳具有順磁性，是許多磁性材料的主要成分。永磁材料是一種重要的電子材料，用它制成的元件可以在不增加能量的情況下提供恒定的磁場。永磁材料用于各種電子和電氣儀器中、記錄儀、通風(fēng)設(shè)備、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電聲、它在電視設(shè)備中起著重要的作用。
鉑金屬具有高化學(xué)穩(wěn)定性和耐高溫性。在化學(xué)工業(yè)中，它們的穩(wěn)定性可以用來制造特殊用途的反應(yīng)容器、蒸發(fā)皿、坩堝。鉑、釕、銠、鈀也是制造耐腐蝕電極和熱電偶的重要材料。鉑銥合金用于制作標(biāo)準(zhǔn)度量衡的校準(zhǔn)器，鋨銥合金也用于制作指南針和自來水筆尖的主要部件。
大多數(shù)鉑金屬都能吸收氣體，尤其是H2，其中鈀對H2的吸收作用特別強(qiáng)。因此，鉑和鈀可以用作儲氫材料。在電子工業(yè)中，鈀管用于制造H2過濾器，以制備高純度的H2。此外，鉑族金屬，尤其是釕、銠、鉑、鈀（及其化合物）在化學(xué)工業(yè)中，它常被用作催化劑。
一些金屬因?yàn)樗鼈兊娜埸c(diǎn)、它具有高沸點(diǎn)高硬度的特點(diǎn)，是高熔點(diǎn)金屬鎢鉻等金屬陶瓷的重要原料。此外，鎢、鉬和其他高熔點(diǎn)金屬經(jīng)常被用作電子儀器中的熱離子發(fā)射材料，鎢被廣泛用于制造各種燈泡中的燈絲和硬質(zhì)合金。
稀土金屬在化學(xué)上很活躍，具有很強(qiáng)的還原能力，能使鋼水脫氧、脫硫和去除有害雜質(zhì)在冶金工業(yè)中有重要的應(yīng)用。微量稀土金屬可以大大改善甚至從根本上改變合金的性能它們在冶金工業(yè)中被稱為維生素，是重要的合金成分。
在玻璃、稀土元素常用作陶瓷工業(yè)的添加劑。在玻璃中引入稀土元素可以改善玻璃的性能，制造出許多新型玻璃（彩色玻璃、光學(xué)玻璃、吸收玻璃和激光玻璃等），廣泛應(yīng)用于光學(xué)儀器、電子工業(yè)、在電機(jī)和原子能工業(yè)中，向陶瓷中添加稀土氧化物可以改善陶瓷的燒結(jié)性能、致密度、顯微結(jié)構(gòu)和相組成，以滿足不同場合使用的陶瓷材料的質(zhì)量和性能要求。
金屬元素是人類必不可少的元素。微量元素在體內(nèi)是很少的，但在生命過程中的作用卻不可低估。沒有必需的微量元素，酶的活性就會降低或完全喪失，而激素、蛋白質(zhì)、維生素的合成和代謝也會受到阻礙，人類的生命將難以延續(xù)。例如，鐵是血液中交換和運(yùn)輸氧氣的必需元素；鋅是一種對生命至關(guān)重要的元素，被稱為“生命之花”有必要形成多種蛋白質(zhì)。
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