成鍵與內聚

電子海

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想像把水澆在一盤玻璃彈珠上,彈珠固定不動,水卻在它們周圍和縫隙間自由流淌。在金屬裡,彈珠就是沉重的原子核,水則是一池離開了各自原子、如今在整塊金屬中游走的電子。這一池就是電子海——把金屬維繫在一起、可自由移動的那群電子。

每個金屬原子都讓出自己抓得很鬆的一個或幾個外層電子。這些電子不再繫於任何單個原子;它們屬於整塊晶體,輕易地從一處滑到另一處。留下的正離子全都浸在這片負電的海裡,海包圍並吸引著它們,而正是這種共享的吸引,把金屬作為一個整體維繫起來,而不是把它拆成一對對孤立的原子。

電子海之所以重要,是因為它一舉說清了金屬為何如此善於導電和導熱、為何有光澤、又為何能被彎折錘打成形而不開裂——自由電子只需隨移動的離子一同流動即可。一個誠實的提醒:把電子看作一池簡單晃盪的流體,是個好用的卡通圖。更完整的說法需要量子力學,它會補上關於電子允許取哪些速度的規則,但共享、可動的電子這一核心圖像依然成立。

去碰一把擱在熱湯裡的金屬勺,手指幾乎立刻就感到燙,而木勺卻仍是涼的。在金屬裡,電子海中可動的電子在熱的一端獲得能量,迅速沿勺柄把它帶下去;木頭沒有這樣的自由電子,熱只能在其中慢得多地爬行。

可動的電子讓金屬勺迅速傳熱,木頭則不能。

被釋放的電子並沒有丟失,也沒有飄到金屬外面去——它們留在內部,只是不再繫於任何單個原子。金屬作為整體仍是電中性的,負電的海恰好與正離子相抵。

又稱
electron gassea of electrons电子气