原子结构与化学键

你对金属的所有认识——它们的强度、导电性、可变形性——都源于原子的结构。因此，材料学要比人们想象的深入一层。

原子由一个原子核（质子和中子）和一层电子壳层组成。电子分布在壳层上，最外层——价电子——决定了化学行为。金属的价电子少且结合松散。这正是它们的秘密。

在金属中，原子把价电子贡献到一个共同的池子里：一个“电子气”，可以在晶格中自由移动。带正电的原子实漂浮在这片负电子海洋中。这就是金属键。它几乎解释了一切：

• 导电性： 自由电子传输电流和热量。所以铜比钢导电好，钢比陶瓷导电好。

• 可变形性： 金属弯曲时，原子实相互滑移——电子云仍然把它们拉在一起。所以金属可以锻造、轧制和弯曲而不破裂。

• 光泽： 自由电子反射光线。

除了金属键，还有离子键（电子完全转移，例如食盐）和共价键（电子共享，例如金刚石）。这两种键在陶瓷和塑料中很重要——并解释了为什么它们很脆：它们不能像金属那样变形而不破裂。

对于，第三件事至关重要：。当你把异类原子放入金属晶格时，有两种可能。要么异类原子大小相近，取代一个主体原子——（例如铁中的）。要么它足够小，能挤进空隙——（例如铁中的）。

正是这些间隙碳原子使钢能够淬硬：它们使晶格产生畸变。更多内容见关于和形成的文章。