本文完善了合金系统科学框架中的纯单质理论，并应用此理论对Ⅰ、Ⅳ和ⅥB族元素fcc，hcp和bcc三种晶体以及液体的电子结构、物理性质和热力学性质随温度的变化关系进行了系统研究，建立了完善的纯单质理论分析系统、纯单质知识库和纯单质数据库。本文系统地对ⅠB、ⅣB和ⅥB族过渡金属进行了五个方面的研究：（1）计算了过渡金属稳定和亚稳相的电子结构，并在电子结构保持不变条件下计算了从OK到熔点的物理性质（势能曲线、结合能、体弹性模量、Debye温度、晶格振动能、原子体积、原子动能和原子势能）和热力学性质（恒容热容、恒压热容、焓、熵和Gibbs能）；（2）假设液体与熔点之前的固体具有相同的晶体结构，计算了液相的电子结构，并在其电子结构保持不变的条件下计算了液相从OK至沸点的物理性质和热力学性质；（3）对单原子方法（价键理论）和单电子方法（能带理论）的电子结构计算结果进行了比较，并分析了电子结构和晶体结构之间的关系；（4）建立了汇集计算电子结构、晶格常数、势能曲线、物理和热力学性质等公式和计算程序于一体的纯单质知识库；（5）建立了纯单质数据库，主要包括基本原子态的电子结构、结合能和晶格常数数据表，电子结构杂化三角形和每一元素fcc、hcp、bcc晶体和液体的物理性质以及热力学性质随温度变化的数据表和曲线图，为建立元素周期表的fcc，hcp和bcc晶体的电子结构和性质数据库奠定了基础。本文重点对纯金属相变时的电子结构转变及其对材料性质的影响进行了系统研究，取得了五个方面的创新成果：（1）金属材料力学和输运性质的价电子判据T_c、X_c和T_f中，共价电子线密度X_c比体密度T_c更适合作为材料力学性质判据，自由电子体密度T_f可以作为材料输运性质的普适判据，T_f与最近邻共价键上的电子线密度X_c，1可以联合为合金的成份设计提供最佳判据；（2）对ⅠB族元素Cu、Ag和Au稳定相的研究表明：金属的电子密度决定其物理性质，共价电子密度越大，原子结合越强，熔点越高，抗压强度等力学性质越高，但自由电子的输运性能将因共价电子的阻碍而下降；自由电子密度越大，金属的塑性、延性、导电和导热性等输运性质越好，但共价电子的结合性能因共价电子数目的减少而削弱；液相中的S_f电子同时受到d_c和s_c电子的散射及原子核热振动的影响，且液相的s_c电子对s_f电子的输运过程起主要阻碍作用；（3）ⅣB族元素Ti、Zr和Hf稳定相hcp晶体的轴比c／a偏离了理想值，其对称性较低，定义共价电子线密度X_c，并结合自由电子密度T_f和键参数研究了hcp相的电子结构与物理性质之间的关系，结果表明，d_c电子的对称性比s_c电子更低，原子配位的方向性和选择性更强，但其数目比s_c多，使得Ti、Zr和Hf元素最终形成了轴比分别为1.5884，1.5925和1.5821（理想比为1.633）的hcp结构；高温时，d电子向s电子转化，球对称的s电子对晶格稳定性起主要作用，形成对了称性更高的bcc结构；（4）对ⅥB族元素Cr、Mo和W稳定相同时采用T_c、X_c和T_f三个判据进行研究发现，最近邻共价键上的电子线密度X_c，1的变化趋势为X_c，1（Cr）＜X_c，1（Mo）＜X_c，1（W），它与三种元素的熔点、拉伸强度、维氏硬度、体弹性模量和最强键键能等性质变化规律完全一致，自由电子体密度T_f的变化趋势为T_f（Cr）＜T_f（Mo）＜T_f（W），它与三种元素的自由电子键能、导电和导热等性质变化规律一致；ⅥB族元素有可能由bcc结构向hcp或fcc转变，且电子结构的分析表明bcc将优先向hcp转变，该结果不仅与SGTE数据库一致，并且从电子结构层次上解释了ⅥB族元素晶格稳定性的差异；（5）对Ⅰ、Ⅳ和ⅥB族元素的电子结构研究的总体结果表明：当自然态固相向液相转变时，d_n电子的增加导致了液相原子的成键电子总数下降，d_c电子的减少导致了原子配位方向性和原子之间结合力的削弱，s_c电子的增加导致了d_n电子在总价电子数中的比例，即单键半径公式中的δ值减小，引起了单键半径和原子体积的增大，在s_f电子变化不大或者减少的情况下，液相的自由电子密度将下降，导电和导热等输运性质也将下降，这与实验结果一致。