A-level 化学/OCR (Salters)/金属键
金属键是将金属原子在固态和液态中结合在一起的键。
对金属中键合的最简单描述*包括金属阳离子在电子海中的晶格。
金属原子将其价电子释放到电子海中，但其核心电子仍定位在原子核周围。这种价电子的广泛离域是大多数金属性质的原因。
物理学家有时认为金属由电子“气体”组成，电子可以自由地在金属阳离子的规则排列周围流动。在金属中，价电子可以自由地在整个结构中游动，但在没有从其他地方获得额外能量的情况下不能完全逃逸。
因为金属中的价电子完全离域，所以如果电场或电路促使它们流动，它们可以流过金属。导电包括电子在特定方向上流动，并且通常在较高温度下降低，因为电子与振动原子更频繁地碰撞。
电子也有助于热量通过金属传导，补充了任何固体中原子相互碰撞所产生的传导。热传导，与导电相反，包括电子在随机方向上的运动，并且通常在较高温度下增加，因为更频繁的碰撞有助于传播热振动。
- 金属具有延展性和韧性，因为金属键没有方向性。
- 金属键不反对变形，因为金属核位置的变化不会增加结构的能量。
- 另一方面，共价键仅在某些方向上牢固，并且反对变形。
- 金刚石非常坚硬，因为使其变形需要断裂键，并且它在所有方向上都有许多牢固的共价键。
- 分子固体，如硫，S8，具有牢固的分子内共价键，但分子间键很弱，因此它们很软。
- 离子键也没有方向性，但是使离子固体变形会将带相同电荷的离子推得更近。
- 这些相同电荷的排斥力会反对任何变形。
- 这解释了为什么离子固体很脆——它们会在一定程度上强烈地抵抗变形，但在这一点之外，它们会失效。
金属的键合越强，其熔点和沸点就越高。熔化金属需要使金属键松散，而沸腾几乎会破坏所有金属键（在气相中，金属以单个原子或小分子或簇的形式存在，例如 Li2）。
金属键可以很弱，但通常很强。贡献一个电子形成金属键的原子键合较弱，熔点较低。贡献两个电子的原子具有更强的金属键合，因此熔点更高。
| 金属 | mp / °C | 金属 | mp / °C | 金属 | mp / °C |
| Li | 181 | Be | 1278 | ||
| Na | 98 | Mg | 650 | ||
| K | 63 | Ca | 839 | Sc | 1539 |
| Rb | 37 | Sr | 769 | Y | 1530 |
| Cs | 28 | Ba | 729 | La | 920 |
1 族金属 Li-Cs 的熔点都比较低，因为它们每个原子只贡献一个电子形成金属键。2 族金属 Be-Ba 的熔点适中，因为它们每个原子释放两个电子形成金属键。3 族金属的熔点很高，因为它们可以每个原子提供三个电子形成金属键。
| 金属 | mp / °C |
| B | 2300 |
| Al | 660 |
| Ga | 30 |
| In | 157 |
| Tl | 304 |
13 族金属 B-Tl 似乎不遵循任何规律！
硼是一种准金属，并且是离子键合的——它电负性太强，无法释放其价电子形成金属键。
Al、Ga、In 和 Tl 具有不同的核心电子构型。铝具有惰性气体核心，[Ne]，但镓和铟分别具有“惰性气体加上填充的 d 子层”核心，[Ar]3d10 和 [Kr]4d10。铊具有“惰性气体加上填充的 d 和 f 子层”核心，[Kr]4f145d10。
Ga、In 和 Tl 核心中的填充 d 和 f 子层在屏蔽其价电子免受原子核影响方面比填充的 s 和 p 子层要弱得多，这是因为 d 和 f 轨道的形状弥散。结果，它们的价电子感受到来自原子核的更强的拉力（更大的有效核电荷），因此不容易被释放形成金属键。
过渡金属几乎都具有非常高的熔点和沸点，因为它们有许多价电子可以贡献形成金属键。除了类似过渡金属的非过渡金属 Zn、Cd 和 Hg 外，最低熔点为 961 °C（银），最高为 3407 °C（钨，仅次于碳）。过渡金属的平均熔点约为 1900 °C。
虽然过渡金属的熔点很高，但从第 3 族到第 4 族熔点的升高并不像从第 1 族到第 2 族以及从第 2 族到第 3 族那么大。此外，过渡金属的熔点从左到右增加，直到 d 区块的中间左右，然后又开始下降。
强度高的金属和合金用作结构材料，最重要的是铁（主要是钢）和铝（与 Mg、Si 和/或 Cu 合金）。虽然许多材料很坚固，但金属和合金很特别，因为它们也是弹性的（可以变形但会恢复原状），因此易于成型（延展性、韧性和可加工性）。其他没有金属键的坚固材料是脆性的而不是弹性的，并且可能容易断裂或难以加工成所需的形状。
* 一种更复杂但更详细和更现实的看待金属键的方法被称为 能带理论，它在 A-level 物理中被介绍，并由物理学和化学专业的本科生学习，但不是 Salters 高级化学的一部分。它基本上说 原子轨道 来自每个金属原子相互作用以创造一个几乎无限数量的巨大的离域轨道，每个轨道离域在每个金属原子上。这些离域轨道的能级覆盖一个称为 *能带* 的能量范围（因此得名 *能带理论*），可以被视为连续的，因此只要能量在能带内，就有任何能量的轨道。