當兩種金屬元素的電負性、電子層結(jié)構(gòu)和原子半徑差別較大時,則易形成金屬化合物(或稱金屬互化物)。它又分為組成固定的“正常價”化合物和組成可變的電子化合物。金屬化合物的結(jié)構(gòu)型式一般不同于純組分金屬單獨存在時的結(jié)構(gòu)型式。
“正常價”的化合物其化學鍵介于離子鍵和金屬鍵之間。由于鍵的這種性質(zhì),所以“正常價”化合物的導電性和導熱性比各組分金屬低,而熔點和硬度卻比各組分金屬高,如Mg2Pb就是這樣。
大多數(shù)金屬化合物是電子化合物。它們以金屬鍵相結(jié)合,故不遵守化合價規(guī)則。其特征是化合物中價電子數(shù)與原子數(shù)之比有一定值。當組成使電子數(shù)和原子數(shù)之比達到3:2,21:13和7:4時,一般各出現(xiàn)β相、γ相和ε相。毎一比值都對應著一定的晶格類型。如表16-6所示。由于其性質(zhì)決定于電子數(shù)和原子數(shù)之比,故稱為電子化合物。
形成這類合金的某些金屬原子的價電子數(shù)如表16-7所示。
合金的性質(zhì)主要決定于它的組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與成分金屬的性質(zhì)、各成分用量之比和制備合金時的條件有密切關(guān)系。
一般說來,除密度以外,合金的性質(zhì)井不是它的各成分金屬的總和。多數(shù)合金的熔點低于它的任何一種成分金屬的熔點。合金的硬度一般比各成分金屬的硬度都大,例知,在銅里加1%的鈹所生成的合金的硬度,比純銅大7倍。合金的導電性和導熱性比純金屬也低得多。
表16-6 電子數(shù)/原子數(shù)與晶格類型的關(guān)系
電子數(shù)/原子數(shù) | 3/2 | 21/13 | 7/4 |
晶格類型 |
體心立方晶格 β相 |
復雜立方晶格 γ相 |
六方晶格 ε相 |
合金 | CuZn Au3Al | Cu5Zn8 Fe5Zn21 | CuZn3 Au3Sn |
表16-7 一些金屬原子的價電子數(shù)
金屬原子 |
價電子數(shù) |
Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt | 0 |
Cu、Ag、Au | 1 |
Zn、Cd、Hg | 2 |
Al、In、Ga | 3 |
Sn、Si、Ge、Pb | 4 |
有些合金與組成它的純金屬在化學性質(zhì)上也表現(xiàn)出很大的不同,例如鐵容易與酸反應,如果在普通鋼里加入25%左右的鉻和少量的鎳,就不容易跟酸反應了,這種鋼稱為耐酸鋼。