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Metallbindung ist eine Form von Bindung zwischen Atome (eigentlich Ionen) von schwach elektronegativ (=elektropositiv) Elemente, Jene sind chemisch Elemente, deren Atome leicht Elektronen spenden/teilen. Diese Gruppe von Elementen, links vom Periodensystem befindet, heißt die Metall. Die Metallionen in a Metallgitter teilen untereinander die Elektronen, die aus ihrer äußersten schälen abstammen. Aufgrund der oben genannten Verwandten elektropositiv Charakter von Metallen, die Anziehungskraft zwischen den Atomkerne, die das Metallgitter bilden, und ihre äußersten Elektronen, klein.
Dadurch können sich die äußersten Elektronen ziemlich frei zwischen den Atomen bewegen. Eine Darstellung der Metallbindung ist, dass das Metall a Zeitplan Bildet positive Metallionen mit freien, beweglichen Elektronen dazwischen. Zwischen diesen gegensätzlich geladenen Ionen und Elektronen gibt es starke elektrische Anziehungskräfte, die das Ganze fest zusammenhalten. Spätere Untersuchungen haben gezeigt, dass dieses einfache Bild nur für ein Metall wie gilt Cäsium. Die Elektronen werden selten vollständig „frei“. Ein Metall wie Cäsium kommt diesem Ideal am nächsten. In anderen Metallen spüren die Elektronen noch das Potential der Atome.
Metallbindung ist weder eine intramolekulare noch eine intermolekulare Kraft. Im Metallgitter sind keine Moleküle identifizierbar. Tatsächlich könnte man den gesamten Kristall als ein großes Molekül betrachten, über das sich die Bindungselektronen in alle Richtungen bewegen ausgelagert sind, dass nicht mehr klar ist, zu welchen Atomen sie gehören. Outsourcing ist am bekanntesten für Benzol, gilt aber auch für größere aromatische Systeme wie Naphthalin, Anthracen usw. Wenn wir die Zahl benachbarter Benzolringe ins Unendliche erweitern, erhalten wir Graphit, wobei die Delokalisierung über eine gesamte zweidimensionale Ebene verteilt ist. Als dreidimensionale Version davon kann man sich ein Metall vorstellen. Die Metallbindung ist somit eine Form der stark delokalisierten kovalenten Bindung, wenn auch in Kombination mit Elektronenmangel: Oft stehen viel mehr Elektronenorbitale als Elektronen zur Verfügung.
Am stärksten delokalisiert sind Elektronen, wenn sie ursprünglich s- oder p-Elektronen sind. Für d- und insbesondere für f-Elektronen, wie in den Zoalen Lanthanoide die Delokalisierung ist viel weniger stark und dies erklärt, warum sich diese Elektronen manchmal immer noch wie a . verhalten ungepaartes Elektron können sich verhalten und zu magnetischen Eigenschaften führen.
Die Festigkeit einer Metallbindung wird bestimmt durch (siehe Haftfestigkeit):
- die anzahl der freien Elektronen
- der Radius der Metallionen
Eigenschaften
Leitung
Metall und Metall-Legierungen sind gut Dirigenten Strom durch die lockere Bindung der Elektronen. Sie sind oft auch gut Wärmeleiter, obwohl dies nur teilweise auf die Leitungselektronen zurückzuführen ist. Ein Nichtmetall wie Diamant ist zum Beispiel ein schlechter Stromleiter, aber ein guter Wärmeleiter.
Formbarkeit
Reine Metalle sind aufgrund der Bindungsart auch leicht form- und bearbeitbar. Legierungen sind oft viel schwieriger. Aus diesem Grund arbeiten die Leute bei Schmuck bevorzugt mit Legierungen aus Gold als mit reinem Gold.
Keine Richtungspräferenz
Metalle haben normalerweise hohe Siedepunkte, manche wie Wolfram (5828K) sogar sehr hoch, dies hängt auch mit der starken Metallbindung zusammen. Aufgrund der Kombination aus großräumiger Delokalisation und großem Elektronenmangel ist die Metallbindung im Gegensatz zur kovalenten Bindung nicht sehr fokussiert. Beispielsweise gibt es keine ausgeprägte Präferenz für bestimmte Bindungswinkel. Auch in flüssiger Form, bei der die Winkel stark variieren können, kann die Metallbindung noch sehr groß sein. Gallium zum Beispiel schmilzt es knapp über Raumtemperatur, aber sein Siedepunkt ist mit dem von Kupfer vergleichbar. Geschmolzenes Gallium ist somit eine sehr nichtflüchtige Flüssigkeit.
Eine interessante Ausnahme hiervon sind die Metalle der Zinkgruppe: zn, CD und Hg. Ihre Elektronenkonfiguration endet in ns2. Der Energieabstand von der leeren np-Schale wird in der Spalte des Periodensystems immer größer und daher beginnt die Konfiguration immer mehr wie die von Helium und die Metallbindung ist nicht so stark. Die Elemente dieser Gruppe sind daher überraschend kurzlebig.
Löslichkeit
Metalle sind nicht löslich im Wasser oder organische Lösungsmittel, es sei denn über chemische Reaktionen. Sie sind oft ineinander löslich. Gold löst sich zum Beispiel schon bei auf Zimmertemperatur einfach in FlüssigkeitMerkur. Es entsteht eine feste Lösung, in der sich die Atome des gelösten Metalls (Gold) im Atomgitter des sich auflösenden Metalls (Quecksilber) anordnen. Wenn Metalle die gleiche Gitterstruktur haben, können sie sogar in allen Verhältnissen ineinander löslich sein, wie z. B. Gold und Silber in Elektrum. Oftmals entstehen nach dem Mischen Materialien mit einer anderen Gitterstruktur, die als Metall bezeichnet werden könnenVerbindungen könnte (Beispiele?) beschreiben, wo die stöchiometrisch Proportionen jedoch nicht in natürliche Zahlen kann ausgedrückt werden. Weil Metalle nicht molekular sind aber bestehen aus Atome innerhalb eines Ionengitters gilt hierfür das Daltonsche Prinzip (der festen Verhältnisse) Stoffe nicht auf. Dadurch verliert das Konzept reine Substanz zum größten Teil sind nützlich und werden besser gesprochen Phasen.
Metallbindungsmodelle
- Modell des Elektronenmeeres. Im Elektronenmeermodell wird das Metall als 3D-Anordnung von Metallkationen eingetaucht in ein Meer von freien delokalisierten Valenzelektronen die sich frei durch das Material bewegen. Das Ganze wird zusammengehalten durch die elektrostatische Anziehung.
- Molekülorbitaltheorie oder Bandmodell für Metalle.