47　金属究竟是什么

以金、银、铜、铁、铅以及铂金等为代表，我们周围存在很多种类的金属。那么金属到底是什么呢？

◎金属的条件

金属元素需要满足以下3个条件：

①有金属光泽；

②有展性、延性；

③能够导电。

这三个条件都没有具体的数值，仅仅是定性要求。“有金属光泽”这一条可能还比较好理解；“展性”指的是金属在锤击下能够变成薄片的性质；而“延性”指的是金属能够拉伸成细丝的性质。

例如，1克的金（Au），可以变成长度为2800米的细丝，也能够变成厚度为1毫米的万分之一（0.1微米）的薄片，薄片透明，透过薄片看外界，外界变成了蓝绿色。

图8-1　金属的3个条件

◎导电性

电流是电子的流动。电子从A点移动到B点时，电流从B点流向A点。电子容易移动的物质是传导性高的导体，电子不容易移动的物质是绝缘体，两者之间的叫作半导体。

导体：电子容易移动的物质。

绝缘体：电子不容易移动的物质。

半导体：介于导体和绝缘体之间的物质。

固体的金属是球状的金属离子整齐堆积的晶体。球与球之间填充着被称为自由电子[1]的电子。施加电压时，自由电子会从金属离子的旁边穿过，此时金属离子运动会妨碍传导。

图8-2　导电性

金属离子的运动叫作热振动，因此温度越高，金属离子的热振动会越激烈，电子的移动会变得越困难。[2]

◎超导性

到了一定温度（临界点）后，导电性会无限增大，电阻会变为零，这种状态叫作超导状态。由于在超导状态下没有电阻[3]，因此导线线圈不会发热，可以持续传导高电流，这种可以做成超强力的磁体被称为超导磁体。超导磁体在大脑断层成像的MRI[4]以及利用磁体的斥力使列车悬浮行驶的磁悬浮列车中是必不可少的。

超导磁体的问题点在于临界点。目前临界点在绝对温度左右，也就是?270℃左右的极低温。达成如此低的温度需要用到**氦，氦在空气中的含量非常少，将氦提取出来需要消耗极大的电量。因此，现实情况是目前日本国内的超导磁体全部是从美国进口的。

[1]自由电子指的是物质中不受原子结合的束缚，而自由移动的电子。金属晶体等物质中含有丰富的自由电子，因此是具有良好导电性的导体。而橡胶等物质中不含有自由电子，因此是不导电的绝缘体。

[2]一般情况下，金属的导电性随温度的下降而上升；相反，金属的电阻随温度的降低而降低。

[3]电阻会妨碍电流的流动，使部分电能转化为热能。因此，由于流动的电能会转化成热能消失，会给电能带来较大的能量损耗。

[4]MRI是Magnetic Resonance Imaging的缩写，是影像诊断方法的一种，利用的是人体中的氢原子会与磁场反应的原理，叫作磁共振成像。