周期表中大部分元素为金属元素，形成金属晶体。金属晶体中原子间的结合力称为金属键。靠金属键结合形成的金属晶体与分子晶体、离子晶体、原子晶体的性质有很大差别，金属晶体有光泽，有良好的导电性、导热性、延展性。

1. 金属键的改性共价键理论

1) 改性共价键理论中的金属键

金属原子的半径大，原子核对价电子的引力小，这些价电子很容易脱离原子核的束缚成为自由电子，自由电子可在金属晶体中自由运动。

失去电子的自由离子通过吸引电子结合在一起，形成金属晶体。这就是金属键的改性共价键理论，与共价键中的原子通过共用电子对结合在一起相似。改性共价键理论对金属键形象化的描述是“失去电子的金属离子浸在自由电子的海洋中”。

金属键实质是静电引力，没有方向性。金属键没有固定的键能。

2) 金属键的强弱

金属键的强弱与自由电子的多少有关，也与离子半径、电子层结构等许多因素有关。一般来说，金属单电子多，金属键强，熔点高，硬度大。例如，W和Re熔点约为3500K；Cr价层有6个单电子，使其成为硬度最高的金属；K和Na单电子少，熔点低，硬度小。

金属键强弱可以用金属的原子化热来衡量。金属原子化热是指1mol金属变成气态原子所需要的能量。金属原子化热小，则其熔点低，硬度小；反之则熔点高，硬度大。例如，金属钾的原子化热小(90kJ·mol^-1)，钾的熔点(64℃)和沸点(774℃)低，硬度小(莫氏硬度0.5)；金属钙的原子化热较大(177kJ·mol^-1)，钙的熔点(839℃)和沸点(1474℃)比钾高得多，钙的硬度(莫氏硬度1.5)也比钾大得多。

3) 解释金属晶体的性质

金属可以吸收波长范围极广的光，并重新反射出去，故金属晶体不透明，且有金属光泽；在外电压的作用下，自由电子可定向移动，故金属有导电性；金属受热时通过自由电子的碰撞及电子与金属离子之间的碰撞传递能量，故金属有导热性；金属受外力时发生变形或错位，但金属键不被破坏，故金属有很好的延展性。

2.金属键的能带理论

1)金属能带理论

金属能带理论是在分子轨道理论基础上发展起来的。根据分子轨道理论，2个原子轨道可以组合为2个分子轨道：1个成键轨道和1个反键轨道。

对于Li原子，其电子构型为1s²2s¹。Li²分子轨道能级图的两种表示法如图6-43所示。

图6-43 Li₂分子轨道能级图的两种表示法

Li金属晶体中n个1s轨道组成n个分子轨道。这些能量相近的能级组成能带，这n个分子轨道填满电子，故称满带(图6-44)。

图6-44 Li金属晶体中的能带

Li金属晶体中n个2s轨道组成n个分子轨道，2s轨道组成的能带中，一半轨道填满电子，另一半轨道未填电子，即轨道半充满。由于能带内分子轨道之间能量差小，电子跃迁所需能量小，电子可以向空轨道跃迁使金属晶体导电，故轨道半充满的能带称为导带。

Li金属晶体中3n个2p轨道组成3n个分子轨道，2p轨道组成的能带中没有填充电子，故称为空带。两种能带之间没有分子轨道，能量间隔较大，电子难以跃迁，称为禁带。

2) 解释金属的性质

导带中电子可以跃迁进入空轨道，故金属导电。有的金属满带和空带有部分重叠(图6-45)，也相当于有导带，能够导电，如金属Be和Ca等。

图6-45 满带和空带的重叠

若品体中没有导，且满带和空带之间的禁带能量E>5eV，电子难以跃迁，则该晶体为绝缘体；若禁带能量E<3eV，在外界能量激发下，电子可以穿越禁带从满带进入空带而导电，则该晶体为半导体。

电子在能带中跃迁，能量变化的覆盖范围相当广泛，放出各种波长的光，故大多数金属呈银白色，有金属光泽。金属晶体受外力时金属能带不被破坏，故有延展性。

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文章来源：《无机化学核心教程（第二版）》

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