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为什么金属富有延展性?

科学世界  · 公众号  · 科学  · 2024-09-18 18:30

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金箔 图片来源:differencebetween

金属可以拉成细丝而不易断裂或压成薄片而不易破裂。例如,1克黄金(Au)能够锤炼成直径约80厘米(厚约0.0001毫米)的圆形金箔,或者延伸成长约3200米(直径约0.0045毫米)的金丝。
展性是指金属可以压成薄片的性质,延性则指金属可以拉成细丝的性质。那么,金属为什么拥有优异的延展性呢?
这得多亏自由电子的存在。

当外力作用于金属时,就算金属原子的位置关系发生了偏移,自由电子也能够很快移动到这里,将金属原子重新“粘”在一起,因此金属不易断裂和破裂。

在金属中,既有金那样延展性无比优异的金属,也有延展性不太好的金属。例如,铁(Fe)就不能像金那样延展,钛(Ti)和镁(Mg)的延展性则又逊色于铁。为什么金属的延展性会有差别呢?

其实,晶体结构(原子的排列方法)决定了金属是否具有良好的延展性。面心立方结构、体心立方结构、密排六方结构是最典型的3种金属晶体结构。其中,面心立方结构的延展性最好,其次为体心立方结构,密排六方结构的延展性最差

金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)等金属的晶体结构为面心立方结构。铁(Fe)、钠(Na)、钨(W)等金属的晶体结构为体心立方结构。钛(Ti)、镁(Mg)、锌(Zn)等金属的晶体结构为密排六方结构。金、银、铜等之所以具有卓越的延展性正是得益于其晶体结构为面心立方结构。

当金属受到外力作用时,金属原子会以滑移面为界发生滑移,或向滑移方向移动。面心立方结构中含有大量的滑移面和滑移方向,因此,晶体结构为面心立方结构的金属具有卓越的延展性而不易破裂和断裂。

文摘自《科学世界》2017年第1期,文字略有修改。
新媒体编辑 | 张丽君


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