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讲 稿 二 |
在上一章谈到物质原子中的核外电子是以一定的速率运动着的，而且速率是随温度而变化。在本章则要讨论核外电子的运转线路。
运动是自然物质的普遍规律。运动有两要素——速度及方向，对于旋转运动则有——速率及线路。自然界的宇宙天体、板块漂移、动物迁徙、交通运输的流向、体内的物质代谢，这些运动不仅有速度，而且有其特定的线路。物体自然特性与其运动（速率、线路）相存相依。核外电子的运动线路是怎样、速率如何？是原子之间相互联系的直接原因；是关系到物质的各项性能的关键因素。
在中学课本中我们已经了解到物质的核外电子是在绕着原子核作旋转运动。在此我们要放开思路，考虑电子可能的旋转运动线路有：1、绕什么旋转--绕一个核心旋转、绕二个核心旋转、还是绕多个核心旋转？旋转半径几何? 2、是平面的圆（椭圆）运转或空间的球面（橄榄球面）运转？
现在，一般认为原子所有的电子在任何温度条件下，都是围绕着一个核心呈空间球的无规则的运转——电子云，这样的认识是有很大的局限性的。
认识的由来和疏误 人们对原子结构及电子运动的认识，是与原子的光谱实验分不开的。当以火焰、电弧等灼热各种物质的气体或蒸汽时，它能发出不同波长的光，经过折射，得到物质的光谱。
随着光谱分析的精细化，人们对原子结构的认识有了长足的进展。了解到原子中电子是按能级、按稳定结构、呈球状，绕原子核均匀排布。其运转频率形成了光谱，光谱实验的结果与数学计算的数值惊人的吻合，取得了巨大的成功，光谱分析的结论得到广泛的推广应用。
然而就在这推广中产生了疏误——忽视了温度条件。光谱实验时，是把物质加热到灼热气态，此时其密度比液、固态相差上千倍，其它物理性质更明显地存在着不可比拟的差别。从微观看，呈灼热气态物质时，核外电子运转的速率比常态下要高得多，其运转的线路也有很大的差别。
事实上，物质所表现出的所有特性，如：气态、液态、固态；脆性、塑性、传热、导电、超导、记忆等都是在一定温度条件下所具有的，原子核外的电子运动的线路、速率，都与温度条件紧密相关。
忽略核外电子的运转随外界条件变化的重要事实,把光谱分析时灼热的气态物质的原子结构和核外电子的运动规律，一成不变地照般到比之低几千摄氏度的液体和固体之中。认为常温下的气体、液体、固体的核外电子也是如同灼热的气体一样，呈球状绕着一个原子核，线路、速率都无规则地旋转。把核外电子运转的线路速率看成是毫无规律的电子云.如此不顾客观条件的生般硬套，如同刻舟求剑。由此也就阻断了人们对核外电子运动规律的研究。于是形成回避物质的（核外电子的）运动，去研究由此而运动、变化着的物质，必然陷入形而上学的桎梏之中。
自然的启示 在常温下，在我们周围的大气里，氢、氧、氮气等同种元素的原子，它们总是两两紧密结合成分子存在着，它们为什么不是单个原子出现？在化学作业中，方程式中的的氢气、氧气在也要配平，写成 O2 、 H2 ；写成 O1 、 H3 就错了，为什么？
这是被无数实验证明的事实，这是大自然在告诉我们，同种元素的原子总是两两紧密结合，成双成对的存在着。同种原子间这样的的成双成对的结合，继而构成物质，如同我们人类两两结合成家庭，继而构成社会。我们把原子间两两结合构成的原子家庭叫做结构元。原子就是先结合成结构元然后才构成物质。这就是大自然的启示。
当然自然界元素群体中也有独生主义者：价电子数是2的氦和外电子数已是8 个的惰性气体，其化学性质很稳定，总是单个存在，满足现状，不易与其它元素起反应。这就是大自然告诉我们的——核外电子数达到8个就达到稳定状态。
在化学实验中，较易发生的化学反应一般都是使生成物的共有外电子数之和达到或趋近8 个（稳定状态）。在自然界，较稳定的化合物的价电子之和也是8或8的整数倍，如HCl、CO2 、H2O。
当物质呈气态时，不同元素的物质的几个不同原子相结合，形成几个相扣的结构元，组成分子，如：CO2 、H2O。使分子的共有的价电子数之和达到或趋近稳定状态（8个或8的整数倍）。物质在温度较高的气态尚且如此，当温度下降气体凝华成液态或固态，物质的内聚力更大、原子间结合得更紧密、更稳定，形成的分子亦很稳定。原子间的结合不会分手，必定是保持在液体或固体之中。
这，就给我们一个启示：当物质呈化合状态时，不同元素的原子相互结合，以使共有的外电子数达到稳定状态（即8 或8 的整数倍）形成多个结构元的结合；当物质呈单质状态时，相同原子则两两结合以达到自身的稳定状态，然后再依照温度条件形成多个或单个结构元的结合。物质呈气态时如此，物质呈液态或固态时同样如此。物质是通过共享核外电子来达到或趋近稳定状态，实现原子间相互的结合。
电子的价和运转 上述启示告诉我们，除惰性气体以外，每个原子都不能单独存在（即：除惰性气体以外，自然界没有游离状态的原子）。物质的所有原子都相互吸引相邻原子的外层电子--价电子，形成外电子共享，即核外层的价电子的运行线路是：在两个原子核的作用下，围绕着两原子核及内层电子形成椭圆形的轨道高速运转。
我们把原子核及内层电子叫做核心，原子的最外层电子（价电子）运动线路是围绕两个核心，同时受两个核心控制的（共享）。我们把价电子围绕两个核心、促使两核心结合在一起的运转叫做价和运转，参入价和运转的电子叫做价和电子。
根据泡利不相容原理，每个电子轨道上只能有一对电子运转。原子间的价和电子的运转也遵循泡利原理，每个价和电子轨道上只有一对电子运转。我们把一对价和电子围绕两个原子核心运转所结合成的整体叫做结构元。
结构元是构成物质的又一级基本单位，除惰性气体以外所有物质的原子都是两两结合成结构元，再由结构元构成大千世界的各种物质。
其实人们用X射线衍射法早已观察到了电子的价和运动。在〖美〗C基泰尔所著《固体物理导论》第70页上写到："在硅中，两个最邻近的原子中点处的电子浓度与计算出来的两个自由原子的电子密度交叠处应有的电子浓度相比较，有显著的增高。"这里，两原子中点处高浓度电子实际上就是价和电子。
固体 结构元 液体
图 4-1
如（图4--1），中部：一对价和电子围绕两核心运转,形成结构元；左图：在固体物质中，价和电子在平面轨道上稳定运转，结构元间位置相对整齐固定，形成了稳定有序的固体架构；右图：在液态物质中，价和电子的运转轨道不在固定平面，物质的内聚力方向紊乱，不能形成连续架构，结构元之间如链如环挤在一起，不停运动。
从元素周期表中，我们可以看到原子的内层电子都是呈2、8等排列成稳定壳层，所以内层电子一般不会参入价和运转。
物质的运动决定着物质的性质，核外电子的运动状态（线路、速率）决定了物质的结构及由此产生的各种特性。以下我们将会看到价和电子的数量、线路、速率的变化能改变物质的内聚力,使物质呈现不同的相态，息息关联着物质的各种性质。
晶体 自然界大多数固体物质的原子都是按一定的规律整齐有序的重复排列——形成晶体，晶体给核外电子的运行线路作了最美丽的诠释；晶体在告诉人们，原子的价电子是以什么样的线路运转的。
在温度较低的条件下物质呈固态，原子所有的外层电子都有形成价和电子的趋势，每个核心有几个价电子，就吸引相邻几个核心的外层电子构成几个结构元，这几个结构元在环绕着此核心，同时必须环绕相邻的一个核心，因此核心只有按一定的空间几何位置分布，才能使得价和电子运行线路最短，以利共同控制，无数个核心如此规则排列，就形成整齐有序的晶体。
如Ⅳ族元素碳、硅、锗等，其外层有４个价电子，这４个电子在空间绕自身与相邻的４个原子核进行价和运转，构成了４个结构元。该所有的原子都象这样一个连着４个，形成了Ⅳ族晶体的点阵结构──金刚石型结构。（图4-2左）
同样的，Ⅴ族元素如砷、锑等，其一个原子通过５个结构元在空间与５个原子连接，形成了菱方结构的晶格（图4-2右）。ＶＩ族元素硒、碲等构成的是双菱结构。
由于同一族元素有相同的价电子，而晶体结构与其价电子所构成的结构元的组合息息相关，无数个这样由结构元联接而成的几何形体在空间扩展开来就形成了整齐有序的晶格点阵。所以同一族元素的晶格结构完全一样或大部分相同。正是因为价电子的价和运转在每个原子的周围构成了相应数目的结构元，才构成了这些个与价电子数相对应的各种晶体，即晶体形状与核外电子数基本对应，大自然就是用这些美丽的晶体告诉人们核外电子的运动线路，可惜没有引起人们的注意。
若按传统的理论只考虑原子间的引力与斥力，那么，所有的晶体将是呆板雷同的。若按传统的共价键理论，其前提是核外电子是在作无规则的运转，如何能形成与价电子数相对应的键？如何能形成如此多姿多彩的晶体？
金刚石结构 菱方结构
图4-—2 晶体的结构
以上我们讨论的是价电子数为4—7的非金属晶体，而所有金属都具有晶体结构。那么只有１个价电子的铜、银；２个价电子的铁、镍；３个价电子的铝是如何构成其面心立方、体心立方晶体结构的呢？为此，我们先要来了解构成物体、使物质内聚的力——价和力和电磁力。
价和力 电子的价和运转，是在两个原子的共同作用下形成的，两个核心相互吸引对方的外电子，这样，就把原子核对电子的吸引力——部分变成了两原子之间的结合力，在这种结合力的作用下，结构元内的两核心结合十分紧密，我们把结构元内两原子之间价和电子运转所形成的结合力叫做价和力。
价和力是非金属晶体的主要结合力，非金属晶体就是靠价和力结合成一个整体的。价和力与价和电子运转速度的平方成正比，与运转半径成反比，即价和电子的速率越高、两核心的半径之和越小，价和力就越大，原子之间结合得越紧密，这样我们就可以求得价和力的大小。
碳原子的核心半径很小，价和电子的速率很高，所以其价和力较大，加之有四个结构元形成金刚石结构，外力极难损坏。宏观的表现就是：金刚石的硬度很高、强度很好。
当然石墨也是碳原子构成的同素异构体，由于其原子间距很大，价和电子的速率不高，所以强度很差，我们将另题讨论。
动能是与速度的平方成正比的，价和电子的动能也就构成了结构元内两原子之间的结合能。
在较低温度条件下，价和电子在平面轨道运转。原子有几个价电子就能与相邻的几个原子结合成几个结构元。在价电子大于3的固态的单质或化合物中，原子的 4 个价电子（这里用4价原子示例，5、6、7 价的元素与此同理）与周围的4 个原子形成价和运转，组合成4个辐射状的结构元，这些结构元遵循最短线路的原则，向周围三维空间均匀、有序的排布，从而把把原子结合成连续有序的晶体架构，构成了晶体物质。（图4-3）价和力是这类物质的主要内聚力。而不是所谓的共价键、极性键。
左图为非金属物体（碳、硅）的结构示意：处出在三棱锥每个定点上的原子也象其中心的原子一样，有4 条价和轨道的环绕，如此连续有序地向周围扩展，形成了稳定的固体结构。
价和结构 电磁力结构
图4--3
在价和电子组成结构元，形成价和力的同时还伴生着另一种力：
电磁力 当价和电子高速运转时，在旋转平面中心的垂直方向产生着较强的磁力，这些磁力南北极相互吸引，把结构元相互吸引在相对固定的位置，于是就形成了物质内另一种内聚力--电磁力。
在金属物质中，原子核外层只有一、二个价电子，价和运转所形成的结构元只有一、二个，不可能像硅那样的有多个结构元的结合。金属原子之间主要是靠电磁力维系其结构。
例如铜，铜元素只有一个价电子，每个铜原子只能与相邻的一个原子结合成一个结构元。当价和电子高速旋转时，在旋转平面的垂直方向伴生着较强的电磁力，电磁力作用于价电子的旋转中心、南北指向。与相邻结构元的电磁力南北极相互吸引，使价和电子的轨道相互调整到彼此平行的位置且稳定运转，无数个结构元这样相互吸引整齐排列，就构成了金属的晶体结构。
右图为金属物体（铜、银、铝）的结构示意：棱形表示价和电子运转轨道所在的平面，上下两平面相互平行，价和电子运转所形成的电磁力南北极相互吸引，同时还有处在与此平面垂直位置的价和电子的运转，形成三维方向的电磁力，构成了金属结构。
铝原子的外层有3 个价电子，三个价电子在球体的原子表面是不可能均布稳定的，于是有两个价电子排在次外层，一个价电子在最外层。这个最外层的的电子参与价和运转，所以铝具有与铜、银一样的晶体结构，和类似的物理性质（铝与铜、银一样有很好的传热导电性能）。同时，由于铝的三个价电子不均布、不稳定，它能和许多不同化合价的物质起反应；也能与一些酸或碱起反应，化学性质十分活泼。
由于金属结构元间是靠电磁力维系其结构，这种结构，如同无数个微型磁铁相互吸引，结合在一起。受到较大外力时,结构元能在物质内滑移换位，重新结合，因而金属具有延展性和塑性。
由于金属的价电子少，价和电子速率高，伴生着频率很高的电磁波。这样的电磁波能反射某些频率的光波，因而许多金属具有金属光泽。
价和力、电磁力的大小取决于价和电子的速率及线路的稳定。价和电子运转所产生的价和力、电磁力形成了物质的内聚力，构成了各种物质的形体结构、构成了物体的强度、导致了物质的各种特性、构成了丰富多彩的物质世界。
是的，今天我们探测核外电子运转规律是很困难的，但我们不能信奉“测不准”而不去作为。科学的职责就是探寻事物运动的客观规律，从古到今，人类都在不屈不挠地追求测准。想当年我们人类还不是结绳记事，跨步丈量，壶漏计时。我们禅精竭虑努力测准，我们并没有因为测不准而放弃，人类才一步一步从蛮荒走今天的数字时代。宣扬无作为、把测不准作为原理而禁锢探索是反科学的。
美国加州理工学院的阿姆得.泽瓦耳，通过巧妙的实验，揭示了化学键的断开及在飞秒级时间内的结合而重新排列。因此他获得了1999年诺贝尔化学奖。这里，化学键的结合排列实质上是价和电子重新结合成新的结构元的过程。
价和力、电磁力实质上是价和电子向心运动所致，也就是说原子之间是通过价和电子的向心运转而维持其相对位置的。联想到宇宙天体、世上万物无不是在向心力的作用上而保持其相对位置，这种不谋而合使得自然的法则更加和谐、系统。
价和电子的运转，形成了结构元，并决定了结构元相互连接方式，形成了液、固体物质的内聚力，从而构成了各种物质；同时也决定了物质的不同相态及其各种理化性质。
五、固体
山岗岩石、土地房舍、楼宇建筑。除了海洋、江湖，我们周围大多数物质都是以固态呈现在我们眼前。
固体物质一般都能自立于自然界，有固定的形态，有一定的强度（抵御外力破坏的能力）。它不会象液体那样充满容器，又不会象气体那样被压缩。在常温下，物质分别以气、液、固态存在，在很低的温度条件下，所有的物质都呈固态，水结成冰、二氧化碳凝结成干冰、空气中的氮和氧等也都凝结成液态，继而凝结成固态，固态是物质的最低的能量状态。
正如前文所述，物质的结构是由价和电子的运转所形成。在固体物质中，价和电子的运转的速率虽不是很高，但运转线路却相当稳定，价和力、电磁力的方向十分稳定，从而使各结构元的位置相对固定，形成了具有刚性的固体结构。
包罗万象的物质，依照其原子的成分，可分为单质、化合物、及多种物质混合而成的混合物。固体是物质存在的一种形式，固体的种类也是按此划分。单质依照其核外价电子的个数又分为金属和非金属，一般把价电子数是1～3的元素划为金属；把价电子数是4～7的元素划为非金属。大多数固体物质的原子都是按一定的规律整齐有序的重复排列--形成晶体，所有金属都是晶体结构。
金属 纯的金属一般都易于传热、导电，有金属光泽，有一定的强度，有延展性，遇高温时塑性增加，达到一定的高温能熔化成液态，能构成各种合金。
金、银、铜原子只有一个价电子，是典型的金属。我们先就这单个价电子的物体进行讨论，例如铜。铜原子最外层只有一个价电子，两个原子之间只能构成一个结构元，在一根铜丝里头上亿个结构元在空间位置，上下、左右、前后对应排列，相互平行，构成晶体，价和电子运转所产生的电磁力是铜丝的主要凝聚力，结构元间的电磁力使其晶格整齐有序的排列，形成连续扩展的面心立方。
正是因为金属是这样的构成，因而伴生着上述各种性能。价和电子运转所产生的电磁力构成了其固体的强度，受到较大外力时结构元可之间以伸缩间距乃至换位，所以铜丝可以被折弯或被轧扁--表现出金属的延展性。正是铜丝表面价和电子运转所产生的电磁波对自然光波有反射作用，所以光洁的金属表面有漂亮的金属光泽。
金属的温度效应--变软、熔化将在相变章节讲述。金属的导电性能将在导电原理一章讲述。金属的传热性能将在以下与非金属对比讲解。
有二个价电子的代表金属是铁，钢铁是人类最大量使用的金属，将专立一章进行讲述。
强度 固体的强度是人们最感兴趣的问题，人们希望建筑材料轻质高强、希望金属材料坚固耐用，强度是指物体抵御外力破坏的能力。要抵御外力物体必须得有较大的内聚力。
在前一章我们说到，物体的内聚力是由价和力与电磁力所组成，这两种力都是价和电子运转所至，并且，价和力正比于价和电子速率的平方，反比于价和轨道半径。因此，在以价和力为主要内力的非金属电材料中，价和电子速率越高、原子半径越小，物体的内聚力就越大，物体的强度就高。
在金属物体中，电磁力是主要内聚力，电磁力实质上也是由价和电子的运转所形成，电磁力正比于价和电子速率的平方。所以物体内价和电子速率越高，原子半径越小，物体的内聚力就越大，物体的强度就高。
此外，参入价和运转的电子增多，使得结构元增加（在晶体结构范围内）价和力、电磁力的密度增加，物体整体好，物体内聚力增大，硬度增大强度提高。
人们在实践中采用了许多增加物体强度的措施（如钢的渗碳淬火、混凝土的养护等）其实质就是增加价和电子速率和有限地增加价和电子数量。
硬度 一把小刀，可以削木头，却削不动玻璃，玻璃角可以划伤小刀，而小刀的刀口在玻璃上打滑，留不下任何痕迹。为什么玻璃能划伤小刀而小刀不能够削玻璃？这里，有一个硬度问题。
硬度是原子（结构元）之间结合紧密程度。原子之间结合得紧密--价和电子速率高，价和力较大，物体的硬度就大。外物体的结构元就不能进入其间，反而能楔入外物体。
纯的金属物体的结合力是电磁力，外力能使结构元之间相对滑动位移，因而，纯金属的硬度不大。
因为玻璃（氧化硅）原子之间结合得较紧密，价和电子速率较高，价和力较大，而小刀（铁）原子结合成结构元之间的价和电子的速率相对较小，电磁力较小，所以玻璃的硬度较大，能压入小刀表面、划伤小刀。
脆性 虽然玻璃的硬度比铁大，但是用小铁锤轻轻一锤它就破碎了，用一根木头也能轻易砸碎它，这就是许多固体物质所表现出的脆性。脆性物体一般是价电子数大于3 的非金属及其化合物。在脆性物体中价和电子多，结构元多，结构元彼此相互连接，建立了相互牵制的整体性结构，。物体受外力时结构元相互牵制不能换位移动，表现出很好的整体性，当外力突然较大时，只要损坏了几个结构元，这些结构元的价和电子逸出，造成价和运转的混乱，使结构元连续解体，物体全线崩溃、破碎，呈脆性。如陶瓷、玻璃、白口铁等物体内价和电子多，结构元互相牵制，故这些物体的脆性大。
当外界温度降低，物体内的价和电子速率降低，使得价和力减小，物体的强度降低、脆性增加，即所谓冷脆。
六、热的传递
传热问题 在了解了核外电子运动的速率和线路之后，即：了解了什么是热以及物体的结构之后，我们就可以讨论第一讲中的传热问题了。
在中学，我们学习到：热总是由高温度物质向低温温度物质传播。有的同学就想，热为什么就不能由低温物质向高温物质传播呢？正因为热是核外的电子的运动现象，高温物质价和电子速率高、低温物质价和电子速率低。当一组快的价和电子与一组慢的价和电子靠近时，两组电子相互影响，快的减慢、慢的加快，即高温的物质降温、低温的物质升温，这也是热只能由高温度物质向低温度物质传播的原因。
热传递 在中学我们还学习了热传递的三个途径，即热传递的三要素--热对流、热传导、热辐射。热对流很好理解，就是温度较高的物质，如热的液体、气体流向了温度较低的物质，也把自身的热带到了新的地方。
热辐射是不存在的，因为热是原子的电子运动的速度表象，这种现象是不能辐射的。高温物质辐射的不是热，实实在在辐射的是电磁波，所以是电磁辐射。核外电子绕着核心不停地旋转着，电子的运转伴生着电磁波。当外界温度较低，核外电子就发生跃迁，降低自身的速率同时向外辐射电磁波；当外界温度较高，核外电子就吸收外界辐射的电磁波，跃迁到较快的运转速率，即提升了自身的温度。自然界的物质都是在这样不断地辐射着、接收着电磁波，维持着一个相对平衡。
一直困惑着我们的是热的传导。人们早就注意到，不同的物体，其导热能力是不相同的，当固体物质局部受到高温时，金属物质传热快，而非金属物质及化合物传热缓慢。现有文献上说金属物质传热快是因为有“自由电子”。而非金属物质也能传热，是不是内有走得慢些的“自由电子”？文献上说非金属物质传热是因为原子振动。老天爷怎么如此不怕麻烦：同是传热，一时用电子、一时用原子核，要知道原子核的质量可是电子的1800倍！
在第一讲谈到，温度就是核外电子运转的速度。热传导就是把较快（慢）的核外电子的速度影响并传递到邻近结构元，使其核外电子的速率发生相应的变化。
金属物质传热快，不是因为金属内有什么“自由电子”。而是因为金属内的各个结构元由电磁力维持其相对位置，每个结构元内的价和电子的速率相对独立，与其它价和电子的速率没有直接的牵连。金属受热时，因价和电子没有牵连，速率立即升高，使得电磁力增加，电磁力增加后，对邻近的结构元产生影响，邻近的结构元内的价和电子因而立即增加速率，以维持电磁力的平衡。这样，局部的升温，由价和电子速率的较快增加和电磁力的增大而迅速的传播，从而导致了金属良好的导热性能。金属局部降温时，其低温的传播与此同理。
而非金属的每个核心周围有4 个或更多的价和轨道的环绕，（见图4-1左）而每个轨道的另一端连着另一核心，另一核心又环绕着许多轨道，如此有序连续地构成了（充满）整个物体。每个结构元的价和电子的速率都是相互牵制的，它们的速率必须相对同步。当物体局部受热时，价和电子的速率受到周围结构元的制约，不能很快增加，因而热量也得不到较快的扩散、传播，故而非金属物体的导热性能很差。
当非金属物体局部突然受热（冷）时，局部的价和电子的速率升高（降低）或是有升降的趋势，而未受热的部位的价和电子仍维持其原有的速率，于是在冷热交界处价和电子的速率紊乱，拥挤、移位，导致了结构元的损坏，由于其结构元之间是互相牵连的，结构元的损坏使得这一局部的价和电子更加混乱，与之相连的结构元纷纷解体，于是物体就炸裂了。如：玻璃杯中突然注入热水，热砂锅置于冷水中时，它们的炸裂都是这个原因。以上用物质结构原理简要地说明了物质的强度、塑性、脆性。而用传统的化学键理论、位错理论是难以说明物质的上述特性的由来及其变化的。
美国海军研究所的这一发现，引起了科学界的极大兴趣，大量科学家对此进行了深入的研究。发现铜锌合金、铜铝镍合金、铜钼镍合金、铜金锌合金等也都具有这种奇特的本领。人们可以在一定的范围内，根据需要改变这些合金的形状，到了某一特定的温度，它们就自动恢复到自己原来的形状，而且这“改变--恢复”可以多次重复进行，不管怎么改变，它们总是能记忆自己当时的形状，到了这一温度，就丝毫不差地原形再现。人们把这种现象叫作形状记忆效应，把具有这种形状记忆效应的金属叫作形状记忆合金，简称记忆合金。
为什么这些合金能具有这种形状记忆效应？它们是怎样记住自己的原形？用一般金属键理论、自由电子理论是难以解释合金的这种记忆效应的。记忆合金在一定的温度条件下能回复到原形，为核外电子的运动--随温度变化的运动，提供了绝佳的例证。
正是由于合金的形成是在高温条件下液态金属的互熔，由于液态金属的结构元排异，导致了这种元素的结构元与另一种金属的结构元相互均布，凝固后，其微观结构是不同种类的结构元成比例的有序排列，电磁力是构成合金物体的主要内聚力。
电磁力是由价和电子的运转所形成，而电子的运转速率随温度条件而变化的，所以，物体内的电磁力（大小、方向、作用点）也是随温度条件而变化。由此导致了金属物体的内力随温度条件而变化，只是这些变化在小温差范围内不明显，只有在较大温度变化（几百摄氏度）时才有表现。
一般金属在受力后，能产生塑性变形，如一根铁丝被折弯了，在折弯部位，电磁力受到外力的干扰，导致产生电磁力的价和电子的运转平面作出微量调整，一次塑性变形就完成了。
记忆合金由于是不同种类的结构元相互掺和均布，尽管结构元的个子、电磁力的大小不同，但各自都调整了自身的价和运转的速率，在一定的温度条件下相邻相安。在受到外力后，电磁力受到外力的干扰，价和电子的运转平面作出微量角度调整，物体产生塑性变形，在此塑性变形中，部分调整后的价和电子的运转是不舒展的。当温度条件变化时价和电子的速率随之变化，当温度回复到相安舒展的（转变温度）条件时，不舒展的价和电子的运转立即回复到当时的速率，电磁力随之发生变化，使相邻结构元的价和运转也都作出相应的调整，全部回复到原来的舒展状态，于是整个物体也都回复到了原来的状态。这就是记忆合金的记忆过程。
其实，金属的记忆早就被发现：把一根直铁丝弯成直角（90°），一松开，它就要回复一点，形成大于90° 的角度。把一根弯铁丝调直，必须把它折直并反超一些，然后再松开，这样它就能正好回复到直线状态，这就是中国成语中所讲的矫枉过正。还有记忆力更好的合金就是弹簧，（这里所说的是钢制弹簧，钢是铁碳合金）弹簧牢牢地记住了自己的形状，外力一撤除，马上回复到自己的原来的样子，只是弹簧的记忆温度很宽，不像记忆合金这样有一个特定的转变温度，从而有了一些特别的功用。
利用记忆合金在特定温度下的形变功能，可以制作多种温控器件，可以制作温控电路、温控阀门，温控的管道连接。人们已经利用记忆合金制作了自动的消防龙头——失火时温度升高，记忆合金变形，使阀门开启，喷水救火。制作了机械零件的连接、管道的连接，飞机的空中加油的接口处就是利用了记忆合金——两机油管套结后，利用电加热改变温度，接口处记忆合金变形，使接口紧密滴水（油）不漏。制作了宇宙空间站的面积几百平米的自展天线--先在地面上制成大面积的抛物线形或平面天线，折叠成一团，用飞船带到太空，温度转变，自展成原来的大面积和形状。