金屬之所以能導電,原因在于組成金屬分子的離子核外圍有自由電子存在,在有電壓時自由電子帶電后向電壓的正極運動,形成電流。這樣,金屬就把電流傳導過去,由于不同的金屬元素,核外自由電子數量不同,這樣的差異反應出不同金屬導電性能的不同。
①經典導電理論
經典導電理論認為,金屬導體內部存在大量的可以自由移動的自由電子,這些自由電子在電場力的作用下定向移動而形成電流,由于有大量的可移動的自由電子,故金屬可以體現出導電性。
②量子力學理論
在量子力學理論中,電子實際上不是在點陣直線移動,而是像光線那樣,按波動力學的規律運動,我們稱之為:電子波。
電子運動過程實際上是:各個電子波在原子上被散射,然后互相干涉并連續地形成波前(可以結合水波來理解)。
目前這兩種理論都不能完全表明孰對孰錯,他們都有各自所適應的背景,一般而言,經典導電理論更適合我們的理解與基礎研究。
電流是電子的定向移動,所以金屬能夠導電就說明金屬中含有大量的自由移動的電子,才能有導電性能的基礎條件。首先來看看金屬的內部結構,其實一切的固態金屬都是晶體,在它點陣的空間結構中,每個節點都有不斷做無規則原子或正離子,而電子則穿梭其中。
當沒有任何外界作用的時候,金屬中電子就像分子一樣不斷無規則運動,雜亂無章的運動使得很多電子表現出的特性都相互抵消,在任一方向上的平均速度為零,所以金屬沒有電流。
從化學性質看金屬是金屬鍵連接,而非金屬是靠離子鍵或共價鍵連接。從物理性質看,金屬一般具有導電性、導熱性、延展性,有金屬光澤,并且大多數是固體只有汞常溫下是液體。
而非金屬大多是絕緣體,只有少數非金屬是導體(碳)或半導體(硅)。但是由于科學技術的高速發展,它們之間的區別也越來越不明顯。納米技術的發展更使金屬和非金屬之間的區別越來越小。
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