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为什么金属中的正电荷不能移动? 第1页

  

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金属是固体,内部原子只能在平衡位置附近振动,不能随意移动。而金属原子最外层的电子由于受内层电子屏蔽,感受到的原子核吸引力不大,可以在金属内部近似自由的移动。用物理模型描述,可以看成自由电子气体在金属原子核和内层电子组合成的“原子实”构成的结构里自由移动。

金属的结构:

离子液体比如一千度左右的氯化钠,其中正负离子是液相,都有较高的移动速率,导电主要靠离子迁移。

溶液导电,靠的是溶解在溶液中的电解质,如食盐水,靠的是氯离子和钠离子。

从上述三个事实中可以看出来,某物质导电靠的是其内部的“自由电荷”。携带自由电荷的物质,可能是电子,可能是离子。液态、气态物质内,带电的离子可以自由移动从而导电。而电子在液体、气体中很容易被原子或分子捕获,形成离子,难以独立存在(但是在一定时间范围(寿命)内也能存在,如用辐射在水中制备而成的水合电子),所以离子液体、溶液中主要为离子导电。而金属中的原子难以移动,只有少数电子(费米面附近的。这个概念值得查阅学习)(说是少数,但总量也不小,基本上跟金属原子个数之比为1:1,即1摩尔金属中大约包含摩尔数量级的自由电子)

最后,金属中电子导电的机理,可以用Drude模型(于1900年左右提出)简单理解。这个模型非常通俗易懂,可以对导电机理做直观的解释,但是由于电子在金属中运动遵守量子力学,进一步的理解可以使用A. Sommerfeld提出的量子电子气体模型(1927年)或能带理论(1928年至几十年以后)。能带理论的发展历经三十多年,理解能带理论需要量子力学和群论(数学系的近世代数课程的一部分和表示论的一部分)的基础,不是一朝一夕能学会的。而简单电解质溶液导电的理论需要电解质溶液理论。离子液体如熔盐、有机常温离子液体的导电机理就更为复杂,是科研的一个方向。以下给出简单的“固体物理”课程讲解:

电解质溶液理论:

水合电子:




  

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