金屬（Metal）是一種具有光澤（即對可見光強烈反射）、具有高電導率、高熱導率以及可塑性、延展性和高反光性的物質。
金屬通常質地堅硬，呈結晶狀固體，能產生多種化學反應，并能同別的金屬一起被制成合金。金屬資源廣泛分布于地殼和海洋中，絕大多數以化合態存在，極少數不活潑金屬如金、銀以單質形式存在。
金屬在人類生活中也被廣泛應用。在人類社會發展史上，繼石器時代之后出現的銅器時代、鐵器時代，都以金屬材料的應用為其時代的顯著標志。
發展歷史
第一階段原始鋼鐵的冶煉
距今約300萬年，人們以石頭作為工具，稱舊石器時代；1萬年以前，人類對石器進行加工，從而進入新石器時代；在公元4300年前，人類就開始使用自然中金屬金和銅，并進行鍛打和熱加工等工藝；而對于鐵，人們最早使用的是隕鐵，在篝火中發現。鐵的熔煉大約發生在公元前2800年，最初的鋼是利用熟鐵滲碳得到的。
中國在六千多年前已經冶煉出黃銅，在四千多年前已有簡單的青銅工具，在三千多年前已用隕鐵制造兵器；春秋時期已會冶煉生鐵，比歐洲要早一千八百多年以上；
明朝時期宋應星所著《天工開物》一書，內有冶鐵、煉鋼、鑄鐘、鍛鐵、火等各種金屬加工方法，是世界上有關金屬加工工藝最早的科學著作之一；
第二階段金屬材料大發展
英國18世紀出現“高爐”；鋼鐵工業的發展，成為產業革命的重要內容和物質基礎；人類逐漸掌握大規模煉鋼的方法，隨后發現在鋼材的煉制過程中添加其他元素，可以改變其性能。
19世紀中葉，現代平爐和轉爐管煉鋼技術的出現，使人類真正進入了鋼鐵時代。與此同時，銅、鉛、鋅也大量得到應用，鋁、鎂、鈦等金屬相繼問世并得到應用，直到20世紀中葉，金屬材料在材料工業中一直占有主導地位。
電子排布
金屬原子最外層電子數較少，一般為1~2個。這些電子與原子核的結合力較弱，所以容易脫離原子核的束縛變為“自由電子”?！白杂呻娮印痹?a href="/hebeideji/5476857579604050224.html">電場中的定向移動使金屬具備導電性，在導電的過程中自身不發生化學變化；金屬導熱主要依靠自由電子的遷移和晶格振動，從而使金屬表現出導熱性。
過渡金屬原子不僅容易失去最外層電子，次外層電子也容易失去，這就導致過渡原子化合價可變，當過度金屬原子之間進行結合，不僅最外層電子參與結合，次外層電子也可參與結合，因此，過渡金屬原子間結合能力較強，表現為熔點高、強度高。由此可知價電子決定著金屬的主要性能；過渡金屬不同的電學性能起源于其原子的電子對非成鍵d?能帶的填充狀態，當d軌道部分填充的時候，具有(半)金屬導電性，當d?軌道完全填滿的時候，具有絕緣性或半導體性。
晶體結構
金屬和合金在固態下通常是晶體。在固態金屬中，眾多原子依靠金屬鍵結合在一起。固態金屬兩原子之間的相互作用力為正離子與周圍電子的吸引力，正離子與正離子，以及電子與電子之間的排斥力。結合能是吸引力和排斥力的相互作用效果，不同金屬具備不同的結合能。當大量金屬原子結合位固體時，為使固態金屬具有最低能量，以保持其穩定狀態，原子之間也保持著一定的平衡距離，這便是固態金屬中的原子緊密規則排列的重要原因。
液態金屬汞的電子結構，其最外側的軌道是‘充滿’的，雖然能放出電子，但卻沒有接受電子的空閑軌道，所以電子一個也進不了。由于只能用能量高的空閑軌道進行結合，所以成了弱結合。
分布情況
金屬在自然界中的分布很廣。由于各種金屬的化學活性相差很大，因而它們在自然界中存在的形式各不相同。 少數化學性質不太活潑的金屬元素，在自然界中以游離單質存在，其余大多數金屬以化合物狀態存在。一般輕金屬以氧化物（赤鐵礦主要成分為Fe2O3、磁鐵礦主要成分為Fe3O4）、氟化物（如CaF2）、硫酸鹽（MgSO4）、磷酸鹽、碳酸根（如CaCO3）等形式存在，重金屬則多以氧化物、硫化物成礦，還有許多以硅酸鹽形式存在。這些礦物大多埋藏在地下，成為地殼巖石圈的組成部分。也有些溶解度較大的礦物被雨水或地下水帶入海洋。此外海底巖層中原本就含有各種礦藏，所以在海洋中也有大量金屬資源。
地殼中豐度最高的5種元素是“氧、硅、鋁、鐵、鈣”。部分金屬豐度如下表。
金屬分類
根據金屬的顏色和性質等特征，可以分為兩大類：黑色金屬和有色金屬。
黑色金屬
工業上對鐵、鉻和錳的統稱，亦包括這三種金屬的合金。如：鋼、生鐵、鐵合金、鑄鐵等。純凈的鐵和鉻是銀白色的，而錳是銀灰色。由于鋼鐵表面通常覆蓋一層黑色的四氧化三鐵，而錳和鉻主要應用于冶煉黑色的合金鋼，所以才會被誤以為是“黑色”金屬。
有色金屬
泛指除去鐵（有時也除去錳和鉻）和鐵基合金以外的所有金屬。有色金屬由于種類眾多，其礦產地的數量也就比黑色金屬要多得多。有色金屬可分為重金屬、輕金屬、貴金屬及稀有金屬。
重金屬：一般指密度大于5g/cm3的金屬。如金、銀、銅、鐵、汞、鉛、鎘等，重金屬在人體中累積達到一定程度，會造成慢性中毒，另外重金屬是土壤環境中一類具有潛在危害的污染物，長期累積將改變農用地土壤的功能。
輕金屬：一般指相對密度在5g/cm3以下的有色金屬。包括鋁、鎂、鋰、鈹、、、鉀、鈉、鈣、、、鈦等。輕金屬不僅密度小，而且化學活性大，與氧、硫、碳及鹵素化合物接觸相當穩定。鋁是輕金屬中用量最大的一種，其產量和消費量均僅次于鋼鐵，是第二大金屬。
貴金屬：這些金屬在地殼里的豐度低，分布稀散，彼此互溶共生，富集、分離和提純都較困難，價格較貴?；瘜W性質也較穩定，不易發生化學反應，如金、銀和鉑族金屬（鉑、釕、、鈀、、）。
稀有金屬：在地殼中含量較少、分布稀散或難以從原料中提取的金屬。如鋰、鈹、鈦、釩、鍺、、銫、、鎢、鐳等。
合金
合金是一種以金屬為基礎，加入其他金屬或非金屬，經過熔煉或燒結制成的具有金屬特性的材料。機械制造中所用的金屬材料是以合金為主，很少使用純金屬。是因為合金比純金屬擁有更好的力學性能和工藝性能，且價格低廉。最常用合金為是以鐵為基礎的鐵碳合金，如碳素鋼、合金鋼、灰鑄鐵等，還有以銅為基礎的黃銅、青銅等，以鋁為基礎的鋁硅合金等。
金屬性質
物理性質
常溫下，大部分為固體，唯一呈液態的是汞；金屬外觀：除Cu、Au外，大多數金屬為銀白色，有金屬光澤；金屬一般都具備良好的導電性、導熱性、延展性。
金屬光澤
自由電子很容易吸收可見光的能量，而被激發到較高能級，當它跳回原能級時，就把吸收的可見光能量輻射出來，從而使金屬不透明，顯金屬光澤。
延展性
金屬鍵不存在飽和性和方向性，當金屬的兩部分發生相對位移時，金屬的正離子始終被包圍在電子云中，從而保持著金屬鍵的結合，所以金屬具有延展性。
導電導熱
金屬導熱主要依靠自由電子的遷移和晶格振動，“自由電子”在電場中的定向移動使金屬具備導電性。這些都是源于“自由電子”，而金屬的價層電子數較少容易失去，易產生自由電子，所以金屬一般都具備良好的導電性、導熱性。
力學性能
金屬的磁性
只有少數金屬是鐵磁性的，而大部分金屬是即抗磁性或順磁性。例如鐵、鈷、鎳為鐵磁性金屬，它們內部的電子自旋可以在小范圍內自發地排列起來，形成一個自發磁化區，這種自發磁化區就叫磁疇。鐵磁類物質磁化后，內部的磁疇整整齊齊、方向一致地排列起來,使磁性加強，就構成磁鐵了。磁鐵的吸鐵過程就是對鐵塊的磁化過程，磁化了的鐵塊和磁鐵不同極性間產生吸引力，鐵塊就牢牢地與磁鐵“粘”在一起了。
化學性質
元素的化學特性決定于最外層電子數，而金屬原子最外層電子數較少，一般為1~2個，易失去電子變為正離子，所以金屬元素具有相對較強的還原性，易發生氧化反應。
較完整的金屬活動順序（排序從強到弱）：
鋰（Li）、銫(Cs)、 銣(Rb)、 鉀(K)、鐳(Ra)、鋇(Ba)、(Fr)、鍶(Sr)、 鈣(Ca)、 鈉(Na)、 鑭(La)、 (Pr)、(Nd)、 (Pm)、釤(Sm)、(Eu)、 (Ac)、（Gd）、（Tb）、（Am）、（Y）、鎂（Mg）、鏑（Dy）、（Tm）、（Yb）、（Lu）、 （Ce）、（Ho）、鉺（Er）、（Sc）、（Pu）、（Th）、鈹（Be）、（Np）、（U）、鉿（Hf）、鋁（Al）、鈦（Ti）、鋯（Zr）、釩（V）、錳（Mn）、（Nb）、鋅（Zn）、鉻（Cr）、鎵（Ga）、鐵（Fe）、鎘（Cd）、（In）、鉈（Tl）、鈷（Co）、鎳（Ni）、鉬（Mo）、錫（Sn）、鉛（Pb）、[氫（H）]、銅（Cu）、釙（Po）、汞（Hg）、銀（Ag）、鈀（Pd）、鉑（Pt）、金（Au）。
簡要列舉部分與金屬發生的反應：
1.大多數金屬與氧氣（O2）等非金屬反應。金屬與氧氣反應最為常見的是“生銹”，例如鐵生銹、銅生銹等。
化學方程式：Fe+O2=Fe2O3
不同的金屬同氧氣（O2）反應的激烈程度存在不同：
①如鈉與氧氣的反應
Na+O2=Na2O（只需與空氣接觸即可發生）
②如鎂帶的燃燒
反應現象：鎂條劇烈燃燒，發出耀眼的強光，產生大量的白煙。
化學方程式：2Mg＋O2=2MgO （反應條件：點燃）
2.活潑金屬與酸反應
在金屬活動性順序中，排在(H)前面的金屬能與稀鹽酸(或硫酸)反應置換出H2，排在(H)之后的金屬不能。金屬的位置越靠前，其活動性越強，反應越劇烈。
如鎂條與稀鹽酸反應
現象：鎂條逐漸溶解，同時產生無色氣泡。
離子方程式：Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑
3.與鹽溶液發生置換反應
在金屬活動性順序中，位于前面的金屬能夠把位于后面的金屬從它們的鹽溶液中置換出來。
注意：K、Ca、Na金屬活動性非常強，但不能用它們置換化合物中的金屬，因為它們會先同溶液中的水劇烈反應。
a．鋁絲與硫酸銅溶液反應。
現象：鋁絲表面有紅色物質生成。
離子方程式：2Al＋3Cu2＋=3Cu＋2Al3＋
b．銅絲與硝酸銀溶液反應。
現象：銅絲表面有銀白色物質生成。
離子方程式：Cu＋2Ag＋=Cu2＋＋2Ag
4.金屬與水反應
排在H前面的金屬，理論上講都可以與水發生化學反應。但是基于活動順序，不同金屬與水反應的條件不盡相同。鉀，鈣，鈉等在常溫下能與水發生劇烈反應；鎂、鋁等能與熱水反應；鐵等金屬在高溫下能與水蒸氣反應。
5.金屬還原性
在金屬活動順序表中，一般位置越后的金屬，金屬性越弱，原子的還原性越弱；位置越前的金屬，金屬性越強，原子的還原性越強。
焰色反應
許多金屬或它們的化合物在燃燒時火焰呈特殊的顏色，叫做焰色反應。
屬于物理變化，相應金屬不管是離子還是單質灼燒時都會呈現其對應焰色。
堿金屬元素及鈣、鍶、鋇、銅等少數金屬能發生焰色反應。
金屬提煉
從含金屬的礦石中提煉金屬一般需要經過三大步驟：①采礦和選礦；②冶煉；③精煉。
選礦就是對開采出來的礦石進行預處理，把礦石中大量脈石（主要是石英、碳酸鈣和長石等）除去，以提高礦石中有用成分的含量，達到富集的目的。常用的選礦方法有水選法、磁選法和浮選法等。選礦過程主要利用礦石中有用成分與脈石在物理性質上的差別將它們分開。
絕大多數金屬在自然界中都是以它們的化合物或鹽的形式存在的，由于金屬的化學活性不同，金屬離子得到電子被還原為金屬原子的能力也不同，因而相應的冶煉方法也不同。工業上提煉金屬常用的方法有：
還原法
這是使用得最為廣泛的一種方法 ：常用的還原劑有碳、一氧化碳、氫和活潑金屬。按還原劑不同，又可分為下列幾種情況。
碳還原法
由于碳資源豐富，便宜易得，因而用得十分普遍，如從錫石（SnO2 ）或者赤銅石（Cu2O）提取錫和銅就是用碳還原法。
化學方程式：SnO2＋2C=Sn+2CO↑ Cu2O+2C=2Cu+CO↑ （反應條件：高溫）通常在高爐和電爐中進行，所以這種冶煉方法又稱為火法冶金。
氫還原法
由于用碳做還原劑所得到的金屬往往含有碳和金屬碳化物，得不到純金屬。因此若要制取不含碳的金屬，或希望得到純度較高的金屬，常用氫還原法。一般說，具有較少生成的氧化物，如氧化銅、 氧化鐵、氧化鈷、氧化鎢等，容易被氫還原成金屬。
化學方程式：WO3+3H2=2W+3H2O （反應條件：高溫）
金屬還原法
一些具有較大生成焓的氧化物，如二氧化鋯、二氧化鈦等，基本上不能被氫氣還原，而只能使用金屬還原法。鋁是最常用的還原劑，此外鈣、鎂也是常用的還原劑。由于鋁的還原能力強，價廉易得，生成氧化鋁的反應強烈放熱，可節約能耗。因而常用鋁還原其它金屬氧化物，以制備相應的金屬。
化學方程式：Cr2O3+2Al=2Cr+Al2O3 （反應條件：高溫）但鋁容易與許多金屬生成合金，得到的金屬中常雜有鋁，這是用鋁做還原劑的缺點。用鈣、鎂做還原劑，并不和被還原金屬生成合金，得到的金屬純 度較高。通常用來制備鈦 、鋯、鉿、釩、鈮、鈾等金屬。
熱分解法
有些金屬可直接通過熱分解其氧化物、鹵化物（主要是碘化物）的方法制得。
化學方程式：ThI4=Th+2I2 （反應條件：加熱）
鈦、鋯、鉿、釩、鉻等金屬，都可以從它們的碘化物分解而得。此法的優點在于制得的金屬純度較高。在金屬活動序中處于氫后面的金屬，則可通過熱分解它們的氧化物來制取。
化學方程式：2HgO=2Hg+O2 ↑ （反應條件：加熱）
電解法
電解是最強的還原手段，任何離子化合物都可以進行電解，在陰極上得到還原產品。因而幾乎所有的金屬都可以用電解法來制備。這種方法得到的產品純度很高，但能耗大，成本高。目前，在工業上對鋁和比鋁更活潑的金屬，如鈣、鎂、鈉等，都是用電解法制取得。
金屬用途
金屬之最
參考資料 >
關于汞的秘密，你可曾知道?.河北省科學技術廳.2023-03-06
地殼元素“豐度”與人類歷史——撲克、硬幣、手機都在這里.中國地質調查科普網.2023-03-15
【科普知識】有色金屬.廣西河池市人民政府.2023-02-16
金屬如何分類?黑色金屬真的是黑色的嗎?.中國科普博覽.2023-02-16
30個有色金屬之最!.天津華北勘察地質總院.2023-02-16
世界上最硬的物質有多硬?.科普中國網.2023-02-16