メタリックボンディングとは

金属結合は、金属内で原子を保持する化学結合です。 金属結合の電子は非局在化されているため、共有結合やイオン結合とは異なります。つまり、2つの原子間でのみ共有されます。 代わりに、金属結合の電子は、金属原子核の格子を自由に流れます。 このタイプの結合は、優れた熱伝導性と電気伝導性、高融点、可鍛性など、多くのユニークな材料特性を金属に与えます。

ほとんどの金属では、各原子が他のいくつかの原子と接触して格子を形成するように、原子が密に詰め込まれています。 各原子の電子は、周囲の原子の軌道で共有されます。 これにより、電子が格子を介して親原子から移動し、新しい電子を受け入れるようになります。

格子構造内の金属原子は、イオンではなく常に完全な原子です。 正に帯電した原子核は電子を引き付けますが、電子を失うことはないため、技術的にイオンになることはありません。 構造内の異なる原子に引き付けられるすべての電子に対して、新しい電子が元の軌道に置き換わります。

金属の種類とその格子構造の構成に応じて、金属結合の強度は異なります。 密集した原子は、密集度の低い原子よりも強い金属結合を作成します。 また、電子の数が多い金属は、電子海の密度がより低い金属よりも強くなります。 金属結合が強いほど、金属の融点は高くなります。

金属結合は、金属に優れた導電性も与えます。 これは、非局在化した電子が金属格子を通って自由に動き、熱または電気の形でエネルギーを急速に運ぶことができるためです。 特定の金属には、特に優れた導体となる電子配置があります。その電子は、ある原子から別の原子に簡単に移動します。 銅は最高の導体の1つであり、低コストのため、配線やその他の電気用途でよく使用されます。

おそらく、材料科学で金属が持つ最大の利点の1つは、形状または細いワイヤに成形できることです。 金属の可鍛性は、金属結合によるものです。 力が加えられると、非局在化した電子が他の原子に移動し、強い反発なしに原子が互いに転がることができるため、金属は粉砕されることなく変形します。 例として、セメントのブロックをゴム製のボールの穴に落とすことを想像すると便利です。ボールは壊れず、単純に再配置されます。 金属結合により、金属ソリッドは同様の方法で再配置できます。