Grundlagen zur Metallbindung

Eine Metallbindung liegt, wie der Name schon sagt, in allen Metallen vor.
Díese Bindung besteht aus Metallkationen und frei beweglichen Elektronen. Diese Elektronen sind für die typischen Eigenschaften der Metalle verantwortlich


Bildung der Metallbindung

Alle Atome haben das Ziel, die Oktettregel (Acht-Elektronen-Regel) zu erfüllen. Das bedeutet, dass sie gern acht Außenelektronen (Valenzelektronen) besitzen wollen.

Um diese Oktettregel zu erfüllen, können die Atome Elektronen aufnehmen oder Außenelektronen abgeben. Metallatome nutzen den Weg der Außenelektronenabgabe.

Dadurch bilden sich positiv geladene Ionen, die Kationen. Diese Metallkationen werden auch als Metallrümpfe bezeichnet. Die Metallrümpfe ordnen sich regelmäßig, also in geordneten Reihen, in einem Raum an.

Die abgegebenen Elektronen gehören nun nicht mehr nur zu einem Metallkation. Stattdessen können sie sich frei bewegen. Alle frei beweglichen Elektronen werden auch als Elektronengas bezeichnet.

Resultierende Eigenschaften der Metallbindung

Die frei beweglichen Elektronen sind für die Eigenschaften der Metalle verantwortlich.

Folgende typischen Eigenschaften weisen alle Metalle auf:

  • Elektrische Leitfähigkeit
  • Wärmeleitfähigkeit
  • Metallischer Glanz
  • Verformbarkeit

Elektrische Leitfähigkeit

Elektrischer Strom ist auf Teilchenebene nichts anderes als fließende Elektronen.

Die Elektronen im Elektronengas können sich frei bewegen und deshalb sehr gut durch das Metall fließen.

Wenn also ein Metall in einem Stromkreis verbaut wird, dann fließen die Elektronen von dem Minuspol zu dem Pluspol. Metalle leiten daher den elektrischen Strom sehr gut.

In der folgenden Animation kannst du die Bewegung der Elektronen sehen:

Wärmeleitfähigkeit

Wärmeleitung ist die Übertragung von Bewegungsenergie zwischen Teilchen.

Da sich die Elektronen frei bewegen, können sie oft zusammenstoßen. Bei jedem Zusammenstoß wird dann Energie von einem Elektron auf das nächste übertragen.

Die Elektronen stoßen auch mit den Metallrümpfen zusammen und bringen diese dadurch zum Schwingen.

Metallischer Glanz

Glanz bedeutet, dass Licht ganz oder teilweise spiegelnd reflektiert wird.

Die freien Elektronen nehmen Licht auf und geben es direkt wieder nach außen ab. Das Metallgitter bildet eine glatte Oberfläche. Dadurch werden alle Lichtstrahlen geordnet reflektiert. Das Metall spiegelt und du siehst einen Glanz.

Verformbarkeit

Wenn Metalle verformt werden, passiert auf der Teilchenebene folgendes: Die Schichten der positiven Metallrümpfe werden gegeneinander verschoben. Da die freien Elektronen aber immernoch zwischen den Atomrümpfen sind, halten sie alles zusammen.

Das Metall lässt sich dadurch hämmern und schmieden.

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