1. Die Metallbindung (Elektronengasmodell)
Metalle haben wenige Valenzelektronen, die sie leicht abgeben. In einem Metallstück ordnen sich die Atome in einem regelmäßigen Gitter an.
- Atomrümpfe: Die positiv geladenen Metall-Ionen (Atom ohne Valenzelektronen) bilden ein festes Gitter.
- Elektronengas: Die abgegebenen Valenzelektronen sind delokalisiert (frei beweglich) und bewegen sich wie ein Gas zwischen den positiven Rümpfen.
- Bindung: Die Metallbindung beruht auf der elektrostatischen Anziehung zwischen den positiven Atomrümpfen und dem negativen Elektronengas.
2. Eigenschaften der Metalle & Erklärung
Die typischen Metalleigenschaften lassen sich perfekt mit dem Elektronengasmodell erklären.
Elektrische Leitfähigkeit
Beobachtung: Metalle leiten Strom.
Erklärung: Die delokalisierten Elektronen im "Elektronengas" sind frei beweglich. Legt man eine Spannung an, wandern sie zum Pluspol. Der Strom fließt.
Wärmeleitfähigkeit
Beobachtung: Metalle leiten Wärme sehr gut.
Erklärung:
- Freie Elektronen: Sie nehmen Wärmeenergie (Bewegungsenergie) auf und transportieren sie durch ihre schnelle Bewegung durch das Gitter.
- Gitterschwingungen: Die positiven Atomrümpfe schwingen stärker und stoßen ihre Nachbarn an.
Verformbarkeit (Duktilität)
Beobachtung: Metalle lassen sich schmieden und zu Drähten ziehen, ohne zu brechen.
Erklärung: Verschiebt man die Schichten der Atomrümpfe gegeneinander, bleibt das Elektronengas dazwischen erhalten ("Klebstoff"). Die Bindung reißt nicht ab, da die Umgebung für die Ionen gleich bleibt (anders als bei Salzkristallen, die zerspringen).
Metallischer Glanz
Beobachtung: Polierte Metalle glänzen.
Erklärung: Die freien Elektronen an der Oberfläche treten in Wechselwirkung mit dem Licht. Sie nehmen die Lichtenergie auf und strahlen sie fast vollständig wieder ab (Reflexion).
3. Legierungen
Eine Legierung ist ein metallisches Gemisch aus mindestens zwei Elementen, von denen mindestens eines ein Metall ist.
Warum Legierungen?
Durch das Mischen von Metallen können Eigenschaften gezielt verbessert werden (z.B. Härte, Korrosionsbeständigkeit).
Beispiele & Struktur
- Bronze: Kupfer + Zinn (härter als reines Kupfer).
- Messing: Kupfer + Zink.
- Stahl: Eisen + Kohlenstoff (und andere Metalle).
Härte-Erklärung: In einer Legierung sind oft Atome unterschiedlicher Größe gemischt. Diese "Fremdatome" stören den regelmäßigen Gitteraufbau. Die Schichten können nicht mehr so leicht gegeneinander gleiten -> Das Material wird härter und spröder.