分子性固体

金属

固体の残りの主要な種類は金属である。 金属は光沢があり、ハンマーで叩いても砕けずに変形しやすく、電気や熱の伝導率が高いのが特徴である。 また、他の固体に比べて密度が高いという特徴もある。 金属の構造は、金属原子の陽イオンが、捨てられた価電子によって形成された海の中に埋め込まれていると考えるのが、理論の出発点である。 この電子の移動度が、金属の機械的、光学的、電気的性質を決定する。 球状の陽イオンは、互いに密着していても、局所的に中性の電気的集合体を形成することができる。 これは、電子が陽イオンの間に拡散し、密着していても電荷が中和されるからである。 化学結合の理論からすると、金属は非常に大きな同核分子である。 (金属ナトリウムのサンプルを、各原子が分子軌道の構築に使用する3s軌道を持ち、各原子が共通のプールに1個の電子を供給するn個のナトリウム原子からなると考えると、これらのn個の原子軌道からn個の分子軌道を構築することができる。 nが非常に大きい場合、隣接する分子軌道間のエネルギー差は非常に小さく、nが無限大に近づくとゼロに近づく。 このとき、分子軌道はエネルギーのバンドを形成する。 3s バンドは事実上連続ですが、実際には n 個の個別の分子軌道からなり、それぞれの軌道はパウリの排他律により、2個の対の電子を含むことができます。 従って、n個の電子が集まっているナトリウムの3sバンドは、半分だけしかないことになります。 最上位の充填軌道の直上には空の分子軌道があり、電位差の印加や入射光の振動電磁場などの摂動によって、電子は容易にこれらの未占有準位に移動することができる。 したがって、電子は非常に動きやすく、電流を流したり、光を反射したり、エネルギーを伝達したり、陽イオンをハンマーで叩いたりして動かすと、新しい場所に急速に移動したりする。

金属の構造に関する完全な理論は、(ここで取り上げた他のテーマの完全な理論も同様だが)非常に専門性の高いテーマである。 この簡単な紹介は、分子軌道理論の考え方が、固体の構造と特性の一般的な特徴を説明するために自然に拡張できることを示すことだけを意図したものである。

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