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一、金屬鍵 [return]

1. 意義：藉金屬陽離子與價電子形成的“電子海”間之引力，形成的化學鍵。

2. 形成條件：

�低游離能及低電負度
Þ該原子之價電子或最外層電子容易游離，故金屬原子本身於晶體中可成為陽離子

‚空價軌域
Þ空價軌域多，價電子數少，價電子可任意進出任一原子，故價電子可自由移動於全晶體之價軌域中移動
Þ即各金屬原子共用他們所有之價電子（稱為自由電子）。此條件亦使金屬硬度較低

3. 鍵之形成：價電子可自由移動，因而形成一片“電子海”，各金屬陽離子浸於電子海中，各陽離子對負電的電子海之吸引力促使各陽離子接近而形成金屬鍵

4. 金屬鍵特性：

(1) 金屬鍵無方向性，但它不同於離子鍵(因無陰離子存在)，也不同於共價鍵(因金屬鍵所共用的電子非常自由Þ“電子海”)
*唯一具方向性之化學鍵為共價鍵*

(2) 金屬鍵的強度

�決定金屬鍵強弱的因素

Œ價電子數愈多(原子序愈大)，則受原子核引力愈大，金屬鍵愈強

�原子半徑愈小，金屬鍵愈強

Ž原子堆積形式

‚金屬鍵愈強，熔點、沸點及莫耳汽化熱會愈高

ƒ金屬鍵在週期表中之規律性

Œ同週期金屬鍵強度，由左至右漸增(因原子序、價電子數及核電荷數增加之故)，如Na<Mg<Al或K<Ca<Ga

�鹼金屬(Li、Na、K、Rb、Cs)因晶形皆為體心立方堆積，其金屬鍵強度隨原子序增加而降低<因離子半徑漸大之故>

ŽⅡA族元素(鹼土族)，因無一定之晶體之堆積形式，故金屬鍵強度不規則<Be、Mg：六方最密堆積；Ca、Sr：面心立方堆積；Ba：體心立方堆積>

若干將金屬元素的莫耳汽化熱及沸點

元素

莫耳汽化熱

kcal/ mole

沸點℃

元素

莫耳汽化熱

kcal/ mole

沸點℃

元素

莫耳汽化熱

kcal/ mole

沸點℃

Li

32.2

1330

Be

50.4

2475

B

128.8

3925

Na

21.3

889

Mg

30.8

1117

Al

70.2

2450

K

18.5

757

Ca

35.8

1490

Ga

61.2

2535

Rb

16.5

701

Sr

33.2

1370

In

54.1

2050

Cs

15.8

685

Ba

36.1

1638

Ti

38.7

1467

5. 金屬晶體的特性

(1) 有金屬光澤

(2) 延展性大，此因金屬之層面可滑動，在延展時不會破壞其晶體結構

二、金屬的能量帶理論 [return]

1. 鍵結分子軌域及反鍵結分子軌域
當兩個氫原子彼此互相接近時，兩個1s原子軌域結合而成兩個分子軌域，一個為鍵結分子軌域(bonding molecular orbital)，其能階較原來的原子軌域低；
另一個是反鍵結分子軌域(antibonding molecular orbital)，其能階較原來的原子軌域高。

�鍵結分子軌域
在兩個鍵結原子核之間具有高電子密度，利用電子和原子核的吸引力將該兩原子核拉在一起而使能階降低。由兩個氫原子的1s原子軌域形成的鍵結分子軌域是個σ鍵，可以寫成σ_1s。

‚反鍵結分子軌域
在 兩個鍵結原子核之間有一平面叫做波節面(nodal plane)，其電子密度為零，由於兩個原子核間之電子密度低，無法維繫該兩原子核，在加上兩個原子核正電荷的排斥力，其作用相當於減弱了一個鍵，稱為反 鍵結分子軌域。由兩個氫原子的1s原子軌域形成的反鍵結分子軌域，可以寫成σ^*_1s。

2. 金屬能量帶理論

(1) 主要內容：

�當金屬原子結合成一晶體時，其低能量原子軌域並不受到很大的干擾，但其高能量之原子軌域(如Li的2s軌域)，則因受到鄰近原子的干擾而構成一能帶。

‚兩個價原子軌域因互相作用，會使軌域組合形成兩個價分子軌域，一個比原來安定，一個較不安定；三個價原子軌域互相作用可生成三個價分子軌域，........N個價原子軌域互相作用可生成N個價分子軌域。

(2) 價帶(valance band)：價電子所佔有的能量帶。

(3) 傳導帶(conduction band)：未被價電子所佔有的能量帶，其能階較價帶高只有在傳導帶的電子才可隨外加電場而移動，因金屬的價帶與傳導帶緊鄰靠在一起，故只需很少能量就能使價帶中的價電子躍遷到傳導帶，並能在電場的作用下在整個晶體中活動。

三、導體、半導體與絕緣體 [return]
金屬導體、半導體與絕緣體間能帶的差異

Eg: Energy Gap

金屬導體

半導體

絕緣體

Eg：傳導帶與價帶間之能量間隔

Eg≒0，因價帶與傳導帶緊緊鄰靠在一起

Eg 小，較絕緣體為小

Eg 大，因電子甚難獲得足夠的能量從價帶躍遷到傳導帶而導電

價電子躍遷至傳導帶

極易，故易導電

只要供給相當少量的能量去激發電子使其由填滿的價帶至空的傳導帶，即可導電

難，故極難導電

溫度升高時

導電度下降

導電度隨溫度升高而升高

不受溫度影響

原因

上升溫度增加金屬陽離子在晶體中之活動而妨礙電子之前進

可供給更多的能量予價電子，以便由價帶至傳導帶

Eg甚大，價電子不易的獲得足夠之能量而躍遷制傳導帶

實例

Al、Cu

滲有B之矽(半導體)

B、P

四、合金 [return]

1. 合金（或稱『齊』）的硬度大、延展性變小。如加入少量的碳、磷或硫，可將軟而易於加工之金屬變得較硬。（此乃因加入的別種原子會妨礙金屬原子層之滑動。）

2. 合金之熔點改變，大多較成份金屬低。

3. 合金的導電性比成份金屬小。

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