电子海洋模型

与非金属原子相比，金属原子的半径比较大，原子核对价电子的吸引力比较弱。这些价电子容易从金属原子上脱落下来汇集成所谓的“电子海洋(electron sea)”，留下的网状正离子骨架犹如浸泡于这种电子海洋中，如图7.17所示。脱落下来的电子能在整个晶体中自由流动，因而被称之为自由电子(free electrons)或离域电子。离域电子为许多原子或离子(指每个原子释放出自己的电子便成为离子)所共有，这些共用电子起到把许多原子(或离子)黏合在一起的作用，形成所谓的金属键。这种键可以认为是改性的，它由多个原子共用、能够流动的自由电子所组成。为此人们把在自由电子和金属原子间产生的没有方向性的“胶合”作用力称为金属键。对于金属键还有另外一种形象的说法：在金属原子(或离子)之间有电子气在自由流动。

由于自由电子的存在和晶体的紧密堆积结构，使金属获得了共同的性质，例如具有较大的密度，有金属光泽和良好的导电性、导热性和机械加工性等。

金属中的自由电子可以吸收各波长的可见光，然后又把光大部分再反射出来，因而金属一般显银白色光泽。金属的导电性也同自由流动的电子有关，在外加电场的影响下，自由电子就沿着外加电场定向流动而形成电流。不过在晶格内的原子和离子不是静止的，而是在晶格结点上作一定幅度的振动，这种振动对电子的流动起着阻碍的作用，加上阳离子对电子的吸引，构成了金属特有的电阻。加热时原子和离子的振动加强，电子的运动便受到更多的阻力，因而一般随着温度升高，金属的电阻加大。金属的导热性也决定于自由电子的运动，电子在金属中运动，会不断地和原子或离子碰撞而交换能量。因此，当金属的某一部分受热而加强了原子或离子的振动时，就能通过自由电子的运动而把热能传递到邻近的原子和离子，使热运动扩展开来，很快使金属整体的温度均一化。金属紧密堆积结构允许在外力下使一层原子在相邻原子上滑动而不破坏金属键，这是金属有良好的机械加工性能的原因。