순수한 상태로 사용되는 금속은 극히 드물지만 거의 순수한 상태로 사용되는 경우가 소수 있습니다. 예를 들면 순도 99.99%의 고순도 구리는 전기전도도가 매우 높아 전선으로 사용되곤 합니다. 고순도의 알루미늄, 즉 99.99%인 초순도 알루미늄은 금속 표면을 매우 광택 있게 마무리할 수 있기 때문에 장식용으로 사용됩니다. 반면에 대부분의 공업용 금속을 강도 증가, 내식성 증가 또는 다른 요구되는 물성들을 위해서 다른 금속 또는 비금속과 결합하여 사용합니다. 금속 합금은 둘 이상의 금속 또는 금속과 비금속의 혼합물입니다. 두 종류의 금속으로 이루어진 합금인 이원 합금은 비교적 단순한 구조를 가집니다. 반면에 제트 엔진 부품으로 사용하는 니켈기 초합금인 인코넬 718과 같은 합금은 공칭 조성이 약 10가지 원소로 이루어진 극히 복잡한 합금입니다. 합금의 가장 단순한 유형은 고용체입니다. 고용체는 둘 이상의 원소로 구성되며 이들이 원자적으로 분산되어 단일 상의 구조를 이루는 고체입니다. 일반적으로 고용체에는 치환형과 침입형의 두 종류가 있습니다. 두 원소로 이루어진 치환형 고용체에서 용질 원자는 결정격자에서 모상 용매 원자를 치환할 수 있습니다. 모상 원소 또는 용매 원자의 결정구조가 달라지는 것은 아니지만 용질 원자가 들어감으로 인해 격자가 뒤틀릴 수 있으며 특히 용질 원자와 용매 원자의 지름 차이가 크면 더욱더 그렇습니다. 어떤 원소가 다른 원소에 용해될 수 있는 원자 분율은 1 atomic%에서부터 100 atomic%까지 변화할 수 있습니다. Hume-Rothery 규칙은 어떤 원소가 다른 원소에 대해 광범위한 고용도를 가질 수 있게 해 줍니다. 여기서 Hume-Rothery 규칙을 알아봅시다. 첫 번째로 원소들의 원자 지름이 약 15% 이내의 차이를 가져야 합니다. 만일 고용체를 형성하는 두 원소의 원자 지름이 다르면 결정격자에 뒤틀림이 일어날 것입니다. 원자의 격자가 수용할 수 있는 수축 또는 팽창 범위는 한정되어 있으므로 같은 결정구조의 고용체를 유지할 수 있는 원자 지름의 차이에는 한계가 있습니다. 원자 지름이 약 15% 이상 차이가 날 때는 크기인자가 광범위한 고용도를 갖는 것에 불리하게 됩니다. 두 번째로 두 원소의 결정구조가 같아야 합니다. 만일 용질과 용매 원자들의 결정구조가 같다면 광범위한 고용도를 갖기에 유리합니다. 만약 두 원소가 모든 비율에서 완전한 고용도를 보이려면 두 원소는 모두 같은 결정구조를 가져야합니다. 세 번째로 두 원소의 전기 음성도에 큰 차이가 없어서 화합물을 형성하지 않아야 합니다. 고용체를 형성하는 두 원소의 전기음성도에 너무 큰 차이가 있지도 않아야 합니다. 그렇지 않으면 전기 양성도가 큰 원소를 전자를 잃을 것이고 전기 음성도가 큰 원소는 전자를 얻어서 결과적으로 화합물이 형성될 것입니다. 마지막으로 두 원소는 같은 원자가를 가져야 합니다. 두 고체 원소들이 같은 원자가를 가지면 고용도는 커질 것입니다. 원자들 사이에 전자의 결함이 있으면 결합이 와해되어 고용체에 불리한 조건을 초래합니다. 침입형 고용체에서 용질 원자는 용매 또는 모상 원자들 사이의 공간으로 끼어들어갑니다. 이들 공간 또는 공극을 침입형 위치라고 합니다. 침입형 고용체는 한 원자가 다른 원자보다 훨씬 클 때 형성될 수 있습니다. 그 크기가 작아서 침입형 고용체를 형성할 수 있는 원자들의 예로는 수소, 탄소, 질소 그리고 산소 등이 있습니다.
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