金属(metal)

金属(metal)是一种具有光泽(即对可见光强烈反射)、富有延展性、容易导电、导热等性质的物质。 地球上的绝大多数金属元素是以化合态存在于自然界中的。这是因为多数金属的化学性质比较活泼，只有极少数的金属如金、银等以游离态存在。金属在自然界中广泛存在，在生活中应用极为普遍，是在现代工业中非常重要和应用最多的一类物质。

对于金属，大家都很熟悉，像铁，铜，锡，铝等都是金属。将纯金属元素称为“金属”是一种狭义的说法。所有金属元素，约占全部化学元素的4/5。金属元素在室温时，除水银(汞)为液态外，其余均为固态。

在不同的学科中，对金属赋予了不同的定义。在化学中，金属是指那些在发生化学反应时能失去最外层电子(价电子)的元素，它着眼于元素的单个原子的性质。在工程技术中，是根据固态金属材料的亿万原子聚合的宏观特性来定义金属的，这是一种广义的“金属”说法，它不仅指金属元素，还指以金属元素为主而形成的金属材料(合金)，如钢、铸铁等。

所谓金属是指那些具有金属特性的物质。固态金属特性主要是：不透明，有光泽，有延展性，有良好的导电和导热性，且具有正的电阻温度系数等。所谓正的电阻温度系数，是指金属具有电阻随温度的升高而增大这一特点。而非金属的电阻随温度升高而减小，即具有负的电阻温度系数，如下图所示。

金属为什么会具有上述特性呢?这与组成金属的原子结构有关，所谓原子结构是指组成原子的原子核与电子的实际排列情况。

所有元素的原子结构，都是由带正电荷的原子核和绕核高速运动的电子所构成的，电子数目等于该元素的原子序数，并按一定规律分布在不同的电子层上。

在各种元素的原子结构中，最外层的电子(价电子)数目决定了该元素的主要物理与化学性能。金属元素原子结构的特点是它们的外层电子数目很少，一般只有1~2个，不超过3个，而且这些外层电子与原子核的结合力较弱，很容易摆脱所属原子核的吸引力，成为能绕该金属所有原子核运动的电子，这种电子称为自由电子。

外层电子自由化后的金属原子就成为正离子。这些正离子(亦可能还有少数原子)按一定几何形状排列起来，并在固定的位置上作高频率的振动。所有的自由电子在各正离子间自由运动，形成所谓的“电子气”。

有些金属的原子结构，在次外层尚未填满电子的情况下，最外层就先填充了电子，这种元素就是过渡族金属。过渡族金属的原子不仅容易失去最外层电子，而且还容易失去次外层的1~2个电子，这就说明为什么过渡族金属的化合价会出现可变的现象。

当过渡族金属中的某一种金属元素的原子相互结合时，不仅最外层电子参与结合，而且次外层电子也参与结合，因此，过渡族金属的原子结合力特别强，在宏观上表现为过渡族金属具有熔点高，硬度大的特点。

金属中的各正离子与自由电子，依靠静电吸引而结合的方式称为“金属键”。正离子与自由电子间的吸引力如下图所示。

金属键模型如下图所示。由于金属原予以金属键方式结合在一起的，这就使得金属具有了一系列的金属特性。下面利用金属键的特点，粗浅的对金属特性作如下解释：

金属具有不透明性和金属光泽，是因为金属中的自由电子能吸收可见光的能量，激发到较高的能级，故使金属具不透明性。而被激发的电子，当它重新跳回到低能级时，就把它所吸收的可见光的能量以电磁波的形式辐射功来，所以在宏观上表现为金属光泽。

金属具有良好的延展性。金属在一定外力作用下，两层相邻的正离子之间发生了相对位移，位移后的两层正离子之间仍能靠自由电子的吸引力结合在一起，在宏观上表现为，金属虽发生了外观形状与尺寸的变化，但仍不破裂，即显示出金属具有良好的延展性，如下图所示。

金属具有良好的导电性是由于在电场作用下，金属中的自由电子能沿电场方向运动，所以表现出良好的导电性。

金属具有良好的导热性是因为金属中热量的传递是依靠正离子的振动和自由电子的运动共同完成的，而非金属无自由电子传递热量，故金属要比非金属的导热性好。

在固态金属中，正离子以某一固定位置为中心作热振动，这就阻碍了自由电子的流动，是金属具有电阻的原因。且随着温度的升高，正离子的热运动加剧，进一步阻碍自由电子的流动。从宏观来看，金属的电阻随温度的升高而增大，即金属具有正的电阻温度系数。

金属材料，之所以能够对人类文明发挥那样重要的作用：一方面是由于它本身具有比其它材料远为优越的综合性能，诸如物理性能、化学性能、力学性能、工艺性能，因而能够适应科学技术方面和人民生活方面所提出的各种不同的要求;另一方面，是由于它在性能方面以及数量和质量方面蕴藏着巨大潜力，可供随时挖掘，因而能够随着日益增长着的名目繁多的要求，而不断地更新和发展。

对金属材料性能方面所提出的要求，尽管名目繁多，但是归纳起来大致可分为两大类：一类是工艺性能，另一类是使用性能。使用性能在于保证能不能应用的问题，而工艺性能则在于能不能保证生产和制做的问题，也就是说解决怎么样去应用的问题。

金属材料的工艺性能：

金属材料从冶炼到作为成件使用以前，需要经过铸造、压力加工、机械加工、热处理以及铆焊等一系列的工艺过程，它能否适应这些工艺过程中的要求，以及适应的程度如何，是决定它能否进行生产，或如何进行生产的重要因素。金属材料所具有的那朴能够适应实际生产工艺要求的能力统称工艺性能，例如铸造性、锻造性、深冲性、弯曲性、切削性、焊接性、淬透性等等。

金属材料工艺性能虽然是金属材料本身所固有的。但是如何测试和表达它呢?它的物理实质又是什么呢?这是个相当复杂的问题，因为这类性能往往是由几种参变量(包括物理的、化学的、力学的)综合作用所决定的。

例如，所谓铸造性能既与金属的熔点、粘度以及液态和固态的膨胀系数有关，又和液态与其周围介质的化学作用以及由此而产生的化合产物的物理性质相联系，企图用单一的物理参量来表示是相当困难的，也是十分繁杂的。于是工程上用特定的所谓流动性、填充性、凝固收缩性、热裂抗力等综合起来表示铸造性能。其它工艺性能，也作类似的处理。

金属材料的使用性能：

金属材料制作成工件后，在使用过程中，则要求它能适应或抵抗作用到它上面的各种外界作用。随构件和使用条件的不同，这些外界作用是相当复杂的，既有质的区别，又有量的不问。它包括诸如各种力学、化学、辐射、电磁场以及冷热——温度的作用等等。

这些作用有强有弱，有大有小，有单一的，也有复合的。例如，作为结构材料，当然—般都首先要求能够分别或同时承受各种动力学或静力学的作用，但随使用条件不同，又会附加对抵抗其它作用的要求。例如：大气下要求抗大气腐蚀;航海中要求抗海水腐蚀;化工上要求抗各种化学介质的腐蚀;电机上要求抵抗或顺应电磁场的作用;原子能工业则要求抗辐射作用，空间技术则要求耐高温或耐低塭的性能……

金属材料满足这些要求的能力，合起来统称使用性能，它包括力学性能、抗腐蚀性能(或化学性能)、电磁性能、耐热性能……这些性能大部分可以和材料的一些基本物理量直接地联系起来，但工业上为了实用的方便，大多是采用模拟实验指标来表示。

例如由拉伸试验测出的所谓屈服强度、抗拉强度、延伸率，面缩率;由冲击试验测得的所谓韧性值;新近发展的由裂口试样测得的所谓断裂韧性等即属于此，这些指标和实际有一定距离，因此，改进现有的测试技术和创造新的测试技术，以便更准确地由实验室的小试样反映金属材料的各种构件在使用过程中的实际性能，也是发挥材料潜力的另一个重要领域。

工艺性能和使用性能：

工艺性能和使用性能是既有联系又不相同的两类性能，尽管它们都是金属材料本身蕴藏着的，但由于目的不同，这两类性能上的好与坏或高与低，有时是一致的，有时却是互相矛盾的。例如，一些要求高强度或高硬度或耐高温的材料常常会给压力加工，机械加工、铸造等工艺带来不少困难，有时甚至会达到否定某些材料的程度。

因此一方面需要改进加工工具和加工制做方法以提高材料的工艺性能，另一方面应使材料性能具有多变性或多重性以提高其使用性能。大部分钢铁和一部分有色金属材料已在一定程度上具有这方面的许多特点，这也是金属材料的可贵之处。由此可见工艺性能和使用性能之间的这对矛盾的解决过程。也是一个促进金属材料发展的过程。

工艺性能和使用性能的不断改善和创新，是金属材料发展进程中的显著特征，也是将来发展的重要内容。它的潜在能力仍然是很大的，有待于我们进一步去挖掘和发挥。例如，近年来已经发现苗头，利用完整的金属晶体或金属玻璃(非晶态金属)有可能使金属材料的强度提高几倍，甚至几十、几百或几千倍。

非金属在通常条件下为气体或没有金属特性的脆性固体或液体，如元素周期表右上部15个元素和氢元素，零族元素的单质。大部分非金属原子具有较多的价层s、p电子，可以...[查看全部]

有色金属又称非铁金属，是铁、锰、铬以外的所有金属的统称。有色金属还包括有色合金。现代有色金属及其合金已成为机械制造业、建筑业、电子工业、航空航天、核能利用等领域不可缺少的结构材料和功能材料。

有色金属的分类很多，大约有80多种，大致按其比重、价格、在地壳中的储量及分布情况和被人们发现与使用情况的早晚等分为五大类。

重有色金属：指比重大于4.5的有色金属。包括铜，镍，锢，铅，锌，锑，汞，锡和秘。

轻有色金属：指比重小于4.5的有色金属。包括铝，镁，钙、钾、银和钡。

贵金属：指在地壳中含量少，开采和提取都比较困难，对氧和其它试剂稳定，价格比一般金属贵的有色金属。包括金、银。和铂族元素。一般比重都较大，熔点较高在916-3000度，有很好的化学稳定性、优良的抗氧化性及耐腐蚀性。

半金属：一般指硅、硒、蹄、砷和硼五种元素。其物理化学性质介于金属和非金属之间。如砷是非金属，但它能传热和导电。

稀有金属：稀有金属并不是说稀少，只是指在地壳中分布不广，开采冶炼较难，在工业应用较晚，故称为稀有金属。稀有金属又包括为稀有轻金属，稀有高熔点金属，稀有分散金属，稀土金属，稀有放射性金属。

有色金属材料的特点是种类繁多、涉及范围广。种类多达60多种，包括铝、铜、铅、锌、钛、镁、锑、锡、镍、钨、钼和稀土元素等。涉及到结构材料、功能材料、环境保护材料和生物医用材料等，是航空航天、交通运输、电子电器、能源动力、建筑桥梁、机械制造、日常用品、武器装备等民用和军用领域必不可少的材料，对促进国民经济的可持续发展具有极其重要的战略意义。有色金属材料生产的技术水平和规模及其应用程度已经成为衡量一个国家综合国力的重要标志之一。

根据有色金属材料的特点，它们的性能差异很大，用途也各不相同，但是都是国民经济发展不可缺少的重要材料：目前，应用最多、最广的有色金属材料主要有

重金属指比重大于5的金属(一般指密度大于4.55g/ cm3的金属)，其原子量大于55。重金属约有54种，一般都是属于过渡元素，如铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。尽管锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素，但是大部分重金属(如汞、铅、镉等)并非生命活动所必需，而且所有重金属超过一定浓度都对人体有害。

有色金属是指除铁、铬、锰和钒以外的金属。有色金属又分轻金属、重金属、贵金属和稀有金属四大类。重金属是指铜、铅、锌、镍、钴、锡、锑、汞、镉和铋等金属，它们的共同点是密度均在6g/cm3左右。重金属元素及其共伴生元素在元素周期表中的位置见下图。

图中，黑线框内画底线的元素为重金属元素，其余均为它们的共伴生元素。可见，与重金属共伴生的金属主要是贵金属和稀散金属。

铜是人类最早发现和使用的重金属，距今8000年前，人类就已经使用铜。

铅也是人类史前重金属，炼铅术和炼铜术大致始于同一历史时期。至公元前1600-1400年，铅已成为常见重金属。我国约在公元前2000年已用铅造币，称为铅刀。

锡也是古老重金属，最初是在熔炼自然铜和锡矿石或处理锡铜矿石的混合物偶然获得锡铜合金(锡青铜)，构成了人类古代文明的青铜器时代。

锌在古代被人类制成黄铜作装饰品应用，我国是最早掌握炼锌技术的国家。

贵金属中金和银是被人类发现和使用最早的，早在新石器时代人类就已识别黄金。中国在商代中期(公元前13-14世纪)已掌握制造金器的技能。约在公元前3000年，人类掌握了炼银技术。

伴随重金属发展历史，人类接触和使用重金属的种类、数量和机会也急剧增加。人类接触重金属的机会分为职业接触和非职业接触。职业接触主要指重金属的开采、冶炼、加工和使用等生产过程中，其作业人员因职业活动而接触重金属。非职业接触主要指因环境污染、日常生活、饮食习惯等原因接触

金属是一种具有光泽(即对可见光强烈反射)、富有延展性、容易导电、导热等性质的物质。金属在自然界中广泛存在，在生活中应用极为普遍，是在现代工业中非常重要和应用最多的一类物质。

金属的物理性质包括密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性和磁性等。各种机械零件由于用途不同，对材料的物理性能要求也有所不同。

1、金属的密度

金属的密度是指某种材料单位体积的质量。

金属的密度是工程材料的重要特性之一，工程上通常用密度来计算零件毛坯的质量。金属材料的密度直接关系到由它所制成的零件或构件的重量或紧凑程度，这点对于要求减轻机件自重的航空和宇航工业制件具有特别重要的意义，如飞机、火箭等。用密度小的铝合金制作零件，比用钢材制造的同种零件重量可减轻1/4～1/3。

2、金属的熔点

金属的熔点是指材料由固态转变为液态时的熔化温度。

金属都有固定的熔点，而合金的熔点取决于成分。例如，钢是铁和碳组成的合金，碳的质量分数不同，熔点也不同。根据熔点的不同，金属材料又分为低熔点金属和高熔点金属。

熔点高的金属称为难熔金属(如W、Mo、V等)，可用来制造耐高温零件。例如，喷气发动机的燃烧室需用高熔点合金来制造。熔点低的金属(如Sn、Pb等)，可用来制造印刷铅字和电路上的熔丝等。对于热加工材料，熔点是制定热加工工艺的重要依据之一。例如，铸铁和铸铝熔点不同，它们的熔炼工艺有较大区别。

3、金属的导热性

金属的导热性是指材料传导热量的能力。

金属的导热性能是工程上选择保温或热交换材料的重要依据之一，也是确定机件热处理保温时问的一个参数。如果热处理件所用材料的导热性差，则在加热或冷却时，表面与心部会产生较大的温差，造成不同程度的膨胀或收缩，导致机件破裂。

一般来说，金属材料的导热性远高于非金属材料，而合金的导热性比纯金属差。例如，合金钢的导热性较差，当对其进行锻造或热处理时，加热

金属加工简称金工，是一种把金属物料加工成为物品、零件、组件的工艺技术，包括了桥梁、轮船等的大型零件，乃至引擎、珠宝、腕表的细微组件。它被广泛应用在科学、工业、艺术品、手工艺等不同的领域。

金属工艺性能是其力学性能、物理性能、化学性能的综合。工艺性能的好坏，会直接影响所制造零件的工艺方法、质量以及成本，因此选材时也必须充分考虑其工艺性能。按工艺方法不同，材料的工艺性能可分为以下几个方面。

1、铸造性

铸造性通常指液体金属能充满比较复杂的铸型并获得优质铸件的性能。流动性、收缩性、偏析倾向都是衡量铸造性好坏的指标。流动性好，充满铸型的能力大，铸件尺寸得到保证;收缩率小，可减少铸件中的缩孔;偏析倾向小，则铸件各部分成分能均匀一致。所以流动性好、收缩率小、偏析倾向小的材料，其铸件质量也好。一般来说，共晶成分合金的铸造性好。

一些工程塑料，在其成形工艺方法中，也要求好的流动性和小的收缩率。

2、可锻性(塑性加工性)

可锻性指材料易于进行压力加工(包括锻造、压延、拉拔、轧制等)的性能。可锻性好坏主要以材料的塑性变形能力及变形抗力来衡量。金属在高温时，变形抗力减小，塑性变形能力增大，所以高温下可用较小的力获得很大程度的变形。不过，不同的金属其变形能力各不相同，如钢的可锻性良好，铸铁不能进行任何压力加工。

3、焊接性

焊接性指材料易于焊接在一起并能保证焊缝质量的性能，一般用焊接处出现各种缺陷的倾向来衡量。焊接性好的材料，焊接时不易出现气孔、裂纹，焊后接头强度与母材相近。低碳钢具有优良的焊接性，而铸铁和铝合金的焊接性就很差。

某些工程塑料也有良好的焊接性，但与金属的焊接机制及工艺方法并不相同。

4、切削加工性

切削加工性指材料进行切削加工的难易程度。它与材料种类、成分、硬度、韧度、导热性及内部组织状态等许多因素有关，可以用切削抗力的大小、加工表面的质量、排

金属回收是指从废旧金属中分离出来的有用物质，经过物理或机械加工成为再生利用的制品。金属回收是从回收、拆解、到再生利用的一条产业链。金属回收产业形成了一个完整的产业链及再生利用生态圈。

据资料显示，全世界使用过的贵金属，有85%以上被回收再使用。目前，美国的电子垃圾处理企业年利润就已经达到2500万～3000万美元。据统计，开采1t银大约需要30万美元的费用，而回收1t银仅需花费1万美元;开采28.39(10z)金需要250～300美元，而回收28.39(10z)金只需要100美元。再例如，把旧手机里的废电池收集起来，积攒到1t，就可以从中提炼出100g金;而普通的含金矿石(砂)每吨只能提取几克金，多者不超过几十克金。

我国的贵金属资源人均占有量低于世界人均占有量，因此二次资源回收利用的意义更大。经过多年的发展，我国已初步形成了一套较为完善的废旧贵金属回收体系，其中以废旧贵金属首饰和制作首饰的废料回收、贵金属矿山尾矿和选冶厂矿渣回收以及电解电镀废渣(液)回收为主。但与发达国家相比，我国贵金属再生资源的回收起步较晚，技术较为滞后，回收生产粗放经营，尚未形成有效的贵金属回收体系和相应配套的管理机制，亟待国家政策扶持。

目前，我国回收废旧贵金属的厂家有150～200家，回收单位分散，形不成规模;而且回收设备简陋，技术落后，回收率不高，浪费了资源和能源;回收渠道杂乱，缺乏政府的有力监管。贵金属回收的小作坊占据多数。这些个体户的出现，虽然对贵金属回收起到一定的作用，但带来的环境污染等问题却十分严重。

废金属包括常见的黑色金属、有色金属和贵金属。

在我国，黑色金属和有色金属回收利用价值已被人们所了解和熟悉，并形成了一个自下而上的回收系统，那些废铜烂铁无论以何种形态存在，人们已不再将其视为“废物”、“垃圾”，这正是由于回收工作的加强，才使它们的身价得到

  金属是一种具有光泽(即对可见光强烈反射)、富有延展性、容易导电、导热等性质的物质。金属在自然界中广泛存在，在生活中应用极为普遍，是在现代工业中非常重要和应用最多的一类物质。

金属化合物，是指合金中的两个元素，按一定的原子数量之比相互化合，而形成的具有与这两元素完全不同类型晶格的化合物。金属化合物晶格一般比较复杂。通常它们具有高的硬度、熔点和脆性，因此，不能直接使用。金属化合物在合金中一般起强化作用。

1、钠及其化合物之间的转化：

2、钠与水、酸反应的实质都是与H+的反应。

注意：钠也可与乙醇反应生成氢气，但较与水反应缓和。

3、金属钠与可溶性盐溶液反应的思维模板：

注意：钠与熔融的盐反应才能置换出盐中的金属。

4、从“四个角度”理解Na2O2与H2O、CO2反应的定量关系。

(1)物质的量的关系。

无论是CO2或H2O的单一物质还是二者的混合物，通过足量的Na2O2时，CO2或H2O与放出O2的物质的量之比均为2∶1。

(2)气体体积关系。

若CO2和水蒸气的混合气体(或单一气体)通过足量的Na2O2，则气体体积减小的量等于原混合气体体积的1/2，且等于生成氧气的体积。

(3)转移电子关系。

2molNa2O2不论与H2O反应还是与CO2反应，均生成1molO2、转移2mol电子。例如：

(4)固体质量关系(质量守恒定律的拓展应用)。

由化学方程式的生成物中固体(NaOH或Na2CO3)与反应物中固体(Na2O2)的化学式及式量比较可知，每1molCO2或水蒸气与足量Na2O2反应时，固体增重28g或2g，从组成上看相当于吸收了CO2中的“CO”，或水蒸气中的“H2”，所以固体增加的质量Δm=28n(CO2)或Δm=2n(H2O)。

此规律适用于通式符合(CO)m(H2)n的纯净物或混合物，在O2中充分燃烧后产物被

非金属在通常条件下为气体或没有金属特性的脆性固体或液体，如元素周期表右上部15个元素和氢元素，零族元素的单质。大部分非金属原子具有较多的价层s、p电子，可以形成双原子分子气体或骨架状，链状或层状大分子的晶体结构。

非金属化合物是由非金属元素与其他元素组成的化合物。如果非金属元素与金属元素一同形成无机化合物，则可以形成无氧酸盐、含氧酸盐及配合物这几类物质。如果只由非金属元素形成无机物，则可以形成一系列共价化合物，如酸等。

(一)核心知识和规律必记

1、非金属元素的氢化物均为共价化合物，原子间能形成非极性键的元素有多种氢化物，如CxHy，SiH4与Si2H6，NH3与N2H4，H2O与H2O2等。

2、活泼金属元素的氢化物，如LiH、NaH、CaH2等，属于由金属阳离子和H-组成的离子化合物，H-的还原性强，这类氢化物易与水反应，如CaH2+2H2O→Ca(OH)2+2H2↑。

3、硼元素在化合物中显+3价，其主要化合物有B2H6(乙硼烷)、BF3、NaBO2、NaBH4(四氢硼钠)、Na2B4O7·10H2O(硼砂)等。

(二)常用方法和技巧必会

1、BF3是空间构型为平面三角形的非极性分子，B原子(缺电子原子)能作为电子对接受体与F-、H-、OH-等配体通过配位键形成BF4-、BH4-、B(OH)4-等离子。

2、BF3中B原子最外层不满足8电子结构，而BF4-、BH4-、B(OH)4-中B原子均满足最外层8电子结构。

(一)核心知识和规律必记

1、CO2、SiO2是酸性氧化物，H2CO3的酸性比H2SiO3、HClO、Al(OH)3、H3BO3等弱酸的酸性强：CO2+Na2SiO3+H2O→Na2CO3+H2SiO3↓，Ca(ClO)2+CO2+H2O→CaCO3↓+2HClO，2NaAlO2+CO2+3H2O→Na