金属为什么有自由电子

Question

金属为什么有自由电子

Answer 1

通俗地说,如果没有自由电子,电子都是局域化的、不能自由移动（就像绝缘体）,那么该材料就不可能是金属.
金属中的电子与电子之间的相互作用非常小,通常可以把它们看作是无相互作用的自由电子气（即电子与电子就好像气体中的分子一样,彼此之间没有太强的相互作用,每个分子可以自由的移动；而液体、固体中的分子则不然,相互作用很强）.相互作用力非常弱,就意味着没有束缚、可以自由移动,因此金属中的电子是自由的.
如果你学过固体物理,就很容易理解,这是能带论里面最基本的一个问题.在动量空间,金属具有未填满的能带.占据在这个被部分填充的能带上的电子就是可自由移动的电子的来源,它们可以自由地激发到同一能带未被占据的空状态上.而绝缘体中,低能量的能带是全占满的,它的上方是没有电子占据的空带.能量最高的电子需要克服满带到空带之间能隙才能被激发,因此绝缘体中的电子是不自由的,是局域化的.
楼上回答的很晦涩难懂.纠正一个错误,轨道劈裂不是能带形成的原因.如果是轨道起主导,那么电子是局域化的,这是再采用能带的图象就是不正确的了.
而楼上的楼上说的“为了使这个量子力学系统严谨,则这些价电子就必须不再属于某个原子,而被整个金属晶体共有”,十分没有科学道理,如果你系统地学过量子力学（或高等量子力学）,就不会这么说.