金屬
金屬（Metal）是一種具有光澤（也就是對可見光的強反射）具有高電導率、高導熱性和可塑性、延展性和高反射性物質。 金屬通常是堅硬的結晶固體，能產生各種化學反應，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存在，還有少量惰性金屬如金、銀以單質形式存在。金屬也廣泛應用于人類生活。在人類社會發展史上，青銅時代出現在石器時代之后、鐵器時代以金屬材料的應用為標志。
電子排布 編輯本段
金屬原子最外層的電子數相對較少，一般為12個。這些電子與原子核之間的結合力較弱，因此很容易脫離原子核的束縛而成為“自由電子”自由電子”電場中的定向運動使金屬導電，在導電過程中不發生化學變化；金屬的導熱性主要依靠自由電子的遷移和晶格振動，使金屬表現出導熱性。
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，導致過渡原子的化合價可變當過量的金屬原子結合時，不僅最外層電子可以參與結合，次外層電子也可以參與結合所以過渡金屬原子之間的結合能力強，表現為熔點高、強度高。可以看出，價電子決定了金屬的主要性能；過渡金屬不同的電學性質源于其原子中電子對非成鍵D帶的填充狀態當D軌道被部分填充時，它已經(半)當D軌道完全填滿時，金屬導電性是絕緣的或半導電的。
晶體結構 編輯本段
金屬和合金通常是固態晶體。在固體金屬中，許多原子通過金屬鍵結合在一起。固體金屬的兩個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。結合能是引力和斥力的交互作用，不同的金屬有不同的結合能。當大量的金屬原子與一種固體結合時，為了使固體金屬具有最低的能量并保持其穩定狀態，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則排列的重要原因。
液態金屬汞的電子結構，它的最外層軌道是‘充滿’是的，雖然它能發射電子，但是沒有自由軌道接受電子，所以一個都進不去。因為只有能量高的空閑軌道才能用于組合，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活性差異很大，所以在自然界中以不同的形式存在。少數化學性質不太活潑的金屬元素在自然界中以游離單質形式存在，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
根據金屬的顏色和性質，可以分為兩類：黑色金屬和有色金屬。
黑色金屬：工業上對鐵、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。因為鋼的表面通常覆蓋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，所以會被誤認為是它“黑色”金屬。
有色金屬：泛指除去鐵（有時錳和鉻也被去除）和鐵基合金。因為有色金屬種類多，所以礦產地的數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積累到一定程度，會引起慢性中毒此外，重金屬是土壤環境中一種潛在的有害污染物，長期積累會改變農業土壤的功能。
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，而且化學活性高，類似于氧、硫、碳和鹵素化合物之間的接觸相當穩定。鋁是用量最大的輕金屬，產量和消費量僅次于鋼，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性質也比較穩定，不容易發生化學反應，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，添加其他金屬或非金屬，通過熔煉或燒結制成的一種具有金屬特性的材料。機械制造中使用的金屬材料主要是合金，純金屬很少使用。因為合金比純金屬具有更好的機械性能和工藝性能，而且價格低廉。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 編輯本段
物理性質：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電性、導熱性、延展性。
金屬光澤：自由電子很容易吸收可見光的能量，被激發到更高的能級當它們跳回到原來的能級時，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金屬的兩部分發生相對位移時，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合，所以金屬具有延展性。
導電導熱：金屬熱傳導主要依賴于自由電子的遷移和晶格振動，“自由電子”電場中的定向運動使金屬導電。這些都是源于“自由電子”而金屬容易失去價電子，產生自由電子，所以金屬一般具有良好的導電性、導熱性。
金屬
金屬力學性能 編輯本段
強度：金屬材料在靜載荷下抵抗永久變形或斷裂的能力。根據力的形式，可能有屈服強度、斷裂強度、抗拉強度、彎曲強度、扭轉強度、抗壓強度等等。
塑性：金屬材料在負載下產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。硬度是一個綜合指標，代表力量、塑性等綜合力學性能。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荷（力的作用時間很短）而不被摧毀。
疲勞是指材料在交變應力下的性能；彈性是指一種金屬材料在外力消失時能恢復原來尺寸的特性。
金屬磁性 編輯本段
只有少數金屬是鐵磁性的，而大多數金屬是抗磁性的或順磁性的。例如鐵、鈷、鎳是鐵磁性金屬，它們的內部電子自旋可以在小范圍內自發排列，形成自發磁化區域，這種區域稱為磁疇。鐵磁材料磁化后，內部磁疇整齊、以相同的方向排列以增強磁性，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。
化學性質 編輯本段
一種元素的化學特性取決于最外層的電子數，而金屬原子最外層的電子數相對較少，一般為12個，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，容易發生氧化反應。
焰色反應：許多金屬或其化合物在燃燒時有一種特殊的顏色，這種顏色被稱為火焰反應。它是一種物理變化，相應的金屬，無論是離子還是單質，燃燒時都會呈現出相應的火焰顏色。堿金屬元素及鈣、鍶、鋇、火焰反應可以發生在一些金屬中，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行預處理，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的差異來進行分離。自然界中大多數金屬以其化合物或鹽的形式存在由于金屬的化學活性不同，金屬離子獲得電子和被還原成金屬原子的能力也不同，因此相應的冶煉方法也不同。
電解法：電解是最強的還原方法，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。這種方法得到的產品純度高，但耗能大，成本高。目前，工業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
金屬廣泛應用于人類的生產和生活中。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性質，它是一種優良的還原劑、脫鹵劑。特別地，金屬Na和金屬Mg在有機合成化學工業和冶金工業中具有重要和廣泛的應用。S區的金屬具有良好的導電性，有些金屬如銫在輻照后會產生電流，可以產生光電效應。因而銫、鉀、銣常用作光電材料，可以將光信號轉化為電信號。
s區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度輕質結構材料，廣泛應用于航天器、航空、汽車、機械工業等方面。
大多數堿金屬和P區金屬具有低熔點，并且是制造低熔點合金如錫的重要原料、鉛、鉍等。這種合金用于自動滅火設備和鍋爐安全裝置、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體材料，廣泛用于制造各種半導體器件和電子元件。銀、銅、金、鋁是所有金屬中導電性最好的。銀和金化學穩定性高，但價格昂貴它們通常在要求苛刻的情況下用作導電元件，而銅和鋁（尤其是鋁、質輕價廉）廣泛應用于電氣行業制造各種電線、電纜、電極和導電元件部件。
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、自古代鐵器時代以來，鐵是數量最多的金屬，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、通風設備、發電機、電動機、電聲、它在電視設備中起著重要的作用。
鉑金屬具有高化學穩定性和耐高溫性。在化學工業中，它們的穩定性可以用來制造特殊用途的反應容器、蒸發皿、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準度量衡的校準器，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。因此，鉑和鈀可以用作儲氫材料。在電子工業中，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）在化學工業中，它常被用作催化劑。
一些金屬因為它們的熔點、它具有高沸點高硬度的特點，是高熔點金屬鎢鉻等金屬陶瓷的重要原料。此外，鎢、鉬和其他高熔點金屬經常被用作電子儀器中的熱離子發射材料，鎢被廣泛用于制造各種燈泡中的燈絲和硬質合金。
稀土金屬在化學上很活躍，具有很強的還原能力，能使鋼水脫氧、脫硫和去除有害雜質在冶金工業中有重要的應用。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、光學玻璃、吸收玻璃和激光玻璃等），廣泛應用于光學儀器、電子工業、在電機和原子能工業中，向陶瓷中添加稀土氧化物可以改善陶瓷的燒結性能、致密度、顯微結構和相組成，以滿足不同場合使用的陶瓷材料的質量和性能要求。
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、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。例如，鐵是血液中交換和運輸氧氣的必需元素；鋅是一種對生命至關重要的元素，被稱為“生命之花”有必要形成多種蛋白質。
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