Металлы являются проводниками электричества, а это означает, что электроны в них должны находиться в свободном состоянии, чтобы иметь возможность протекать через кристаллическую структуру под действием даже небольшой разности потенциалов. Кроме того, чистый металл сложен атомами одного вида и, следовательно, одинакового размера. По этой причине они пространственно будут располагаться в одинаковых сферах в той или иной из трех возможных упаковок (см. разд. 1.8.1). Металлы обладают ковкостью и пластичностью, которые не свойственны гетеро-атомным соединениям. Частично это может объясняться наличием большого числа плоскостей, параллельных слоям атомов одинакового размера и пересекающих плотноупакованную структуру. Скользящие движения по таким плоскостям осуществляются легко. Ковкость и пластичность также предполагают низкую жесткость и связь фиксированной направленности.

Считается, что металлическая связь включает в себя передачу каждым атомом электронов внешней оболочки общей массе электронов, наполняющих всю структуру. Подобным же образом на основе теории молекулярных орбиталей (см. разд. 1.7) может быть получено представление о металлической связи как о наборе орбита-лей, охватывающем комбинации валентных орбиталей отдельных атомов. Возникающие орбитали кристалла образуют типовые наборы связей с дискретной энергией.

Внедрение чужеродных ионов другого размера нарушает закономерное расположение частиц плотноупакованной структуры и, следовательно, разрушает плоскости легкого скольжения. Такие «загрязнения» приводят также к заметному возрастанию твердости, прочности, а иногда и хрупкости металлов, что наблюдается у хорошо известных сплавов. В сплавах вообще происходит беспорядочное обобществление электронов. Если нет необходимости в балансе электронных зарядов у непосредственного окружения атома, то это означает, что уже не требуется сохранения фиксированных соотношений между атомами различного рода, и процесс сплавления может протекать при широко меняющихся пропорциях компонентов. В некоторых случаях, когда доля чужеродных атомов достигает определенного значения, могут возникать интерметаллические соединения, в структуре которых различные виды атомов занимают закономерно расположенные позиции. Когда закономерность таким образом восстанавливается, соединение может стать столь же мягким, как и чистый металл; это наблюдается в сплавах Cu и Au с упорядоченной и неупорядоченной структурой (рис. 1.11).

Рис. 1.11 Кривая изменения твердости сплавов меди и золота, а также зависимость между твердостью и упорядоченностью в пространственном расположении атомов (данные взяты из N. Kurnakow, S. Zemczuzny and M. Zasedatelev, J. Inst. Met. 15: 325, 1916).