Page 201 - 世界学

第五章 物质世界学 185

4. 金属键
（1）金属键概述

金属键主要在金属中存在。由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电
吸引力组合而成。由于电子的自由运动，金属键没有固定的方向，因而是非极性键。

金属键有金属的很多特性。例如一般金属的熔点、沸点随金属键的强度而升高。其
强弱通常与金属离子半径成逆相关，与金属内部自由电子密度成正相关（便可粗略

看成与原子外围电子数成正相关）。
（2）改性共价键理论

在金属晶体中，自由电子作穿梭运动，它不专属于某个金属离子而为整个金属
晶体所共有。这些自由电子与全部金属离子相互作用，从而形成某种结合，这种作
用称为金属键。由于金属只有少数价电子能用于成键，金属在形成晶体时，倾向于

构成极为紧密的结构，使每个原子都有尽可能多的相邻原子（金属晶体一般都具有
高配位数和紧密堆积结构）。这样，电子能级可以得到尽可能多的重叠，从而形成

金属键。上述假设模型叫做金属的自由电子模型，称为改性共价键理论。这一理论
是 1900 年德鲁德（Drude）等人为解释金属的导电、导热性能所提出的一种假设。

这种理论先后经过洛伦茨（Lorentz，1904）和佐默（Sommerfeld，1928）等人的改
进和发展，对金属的许多重要性质都给予了一定的解释。但是，由于金属的自由电

子模型过于简单化，不能解释金属晶体为什么有结合力，也不能解释金属晶体为什
么有导体、绝缘体和半导体之分。随着科学和生产的发展，主要是量子理论的发展，
建立了能带理论。

5. 定域键
只存在于两个原子之间的共价键。只包含定域键的多原子分子可以看成是由相

对独立的两个原子之间的化学键把原子连接起来形成的，这是忽略了相邻化学键的
影响，而把描述双原子分子中化学键的方法用到多原子分子的定域键上。如乙烯中

有一个 C-C 和四个 C-Hσ 键、一个 C-Cπ 键。定域键具有比较恒定的键性质。例如
一定类型定域键的键长、键偶极矩、键极化度、键力常数、键能等在不同分子中近

似保持不变。因此，分子的有关广延性质可近似表示为相应的键性质之和。定域键
的这种特点在化学中得到广泛的应用，例如从键能计算分子的原子化能近似值。这
种模型较好地反映了由键上电子云所确定的分子性质如键能、键长、键角、键偶极、