游离态和化合态的区别是什么（中学化学启蒙金属元素盘点）

结束了量子化学的讲解，我们回归宏观世界，开始逐个讲解我们身边常见的物质，本期从金属开始。

首先说两个概念，游离态和化合态。游离态是元素的一种状态，指单一元素构成物质；化合态是指多种元素共同组成某种物质的状态。

司母戊大方鼎，图片源自百度百科

金属在今天是人们再熟悉不过的物质了，可是在古代，金属也是种稀罕物。这是因为自然界中大部分金属元素是以化合态存在的，游离态金属仅仅是少量的金银等贵金属。所以说金属冶炼也是人类文明的标志之一。人类从最开始直接利用自然界现有的木棍石块，到烧制陶器，再到冶炼金属，利用和改造自然的能力是越来越强了。

人类最早大规模使用的金属器物是青铜，人们也把那个时代称为青铜时代，但是青铜器物无论从硬度还是韧性上来看都不够出色。后来人类文明又迈入了铁器时代。最早的铁是人们无意间从陨铁中得到的，由于铁的化学性质更加活泼，人们也是经过更多尝试才掌握冶铁技术。铁器的广泛使用一来发展了农业文明，二来也为日后的工业文明奠定了物质基础。而进入工业时代以来，人类对金属开发利用的进程大大加快，从开始对金属铝的应用，到后来对金属钛的使用，时至今日，对金属材料（包括合金）的利用充斥着世界的每个角落。

通过回顾人类对金属利用的发展史，结合我们日常观察到的金属，我们可以总结出金属的一些特点。

金属常温下通常为固体，但也有液体，即我们熟知的汞（水银）。金属通常具有金属光泽，较高的熔点，具有良好的导电性、导热性和延展性。金属的种类很多，有密度大的，如铅、金，也有密度小的，如铝、钛，甚至有比水还轻的钠、锂。

宏观的表象源自于微观的结构，金属这一大类物质从化学结构上自然有其独特之处，这与金属的核外电子有关。

各种金属元素化学性质差异不小，按照与氢的活泼性比较，分为活性金属和钝性金属。我们知道，氢可以失去一个电子成为氢离子，一些金属的部分核外电子较氢原子更容易失去，即活泼金属，更难失去则为钝性金属。按照活泼顺序给金属活泼性由强到弱排序：

K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au

这个顺序很重要，请务必牢记。比氢活泼的金属都能和酸反应，把酸中的氢离子置换出来生成氢气，但当酸具有氧化性时可能发生其他氧化还原反应。更加活泼的金属甚至能直接和水反应，置换出水中的氢元素。同样的，更活泼的金属也能把活泼性弱的金属阳离子从盐溶液中置换出来（这属于制备某些金属的方法）：A+BX→AX+B（A比B更活泼）

我们把上述反应类型称为置换反应，这也属于氧化还原反应的一种。

现在来说说金属中的核外电子：

聚集在一起的金属原子形成一整块金属晶体，每个金属原子的价电子通通都贡献出来，成为整个体系的公用电子，它们也被称为自由电子。自由电子均匀分布在原子之间，形成金属键。于是整个金属晶体就是由所有金属原子构建成的大晶格和里面数不尽的自由电子组成。金属的各种特性也就是由此决定。

首先说导电性，毫无疑问自由移动的自由电子当然具有导电性。

再说导热性，热量通过自由电子的流动迅速导出。

再说延展性，金属键没有特别的方向性，使得金属外观的形变变得容易。

金属光泽相对特殊一些。这个原自能量的概念，以后还会讲。大体说一下，就是外界光线照到金属表面，自由电子吸收能量发生震荡，震荡会向外释放能量，这个能量以光的形式放出，即我们看到的金属光泽。

除此之外，金属还可以形成合金，即由一种以上金属或金属与非金属元素混合而成的材料。合金往往具有更加优异的性能，被广泛应用到各个领域。