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Anorganische Chemie - Metallbindungen

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Anorganische Chemie

Metallbindungen

Metallbindungen können sich nur zwischen Metallen bilden. Sie bilden dabei ein Metallgitter aus. 

Metallbindungen haben die Eigenschaft, dass in den Metallgittern ein oder mehrerer Elektronen [Valenzelektronen] pro Atom einen höheren Energiewert annehmen, als die anderen Hüllenelektronen. Dadurch sind diese Elektronen delokalisiert und befinden sich außerhalb der Atomhülle. Sie bewegen sich in einem polyedrischen Raum um das Atom herum und wirken entsprechend auf die ebenfalls "freien" Elektronen der benachbarten Atome abstoßend. Auf die nun positiv geladenen Metallionen wirken diese jedoch anziehend. Letzteres ist auch die Ursache für die ungerichtete starke Bindung. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von der Coulombschen Anziehungskraft.

Metallrümpfe im Elektronengas
Metallrümpfe im Elektronengas

Merke

Coulombsche Anziehungskraft

Die Coulombsche Anziehungskraft beschreibt die Anziehung zwischen den "freien" Elektronen, die ein Elektronengas/Elektronenwolke bilden, und den periodisch regelmäßig angeordneten Metallionen. Man findet diese Kraft in allen metallischen Kristallen und Mischkristallen. Ferner wirkt die Coulombsche Anziehungskraft auch in metallisch-halbmetallischen Mischkristallen. 

Aufgrund der "freien" Bewegung der Elektronen besitzen Metalle weitere besondere, signifikante Eigenschaften

  • Elektronische und thermische Leitfähigkeit, da durch den Einfluss des elektrischen Feldes die ungeordnete Elektronenbewegung zur Anode ausgerichtet ist. Es besteht ein Spannungsgefälle.  
  • Undurchsichtigkeit, da die Metallelektronen in Wechselwirkung zum elektromagnetischen Feld des Lichts stehen.

Koordinationszahl

Je nach Gitterstruktur beträgt die Koordinationszahl bei Metallen mit einer kubisch-flächenzentrierten [kfz] Kristallstruktur 12 und bei Metallen mit einer kubisch-raumzentrierten [krz] Kristallstruktur 8.

Verformungsvermögen

Das besonders gute Verformungsvermögen von Metallen ergibt sich daraus, dass infolge dieser Bindungsart die Tendenz besteht dichte Kugelpackungen zu bilden. Kommt es infolge von Belastungen zum Gleiten der Gitterebenen, bleiben die Bindungskräfte dennoch erhalten. Eine Abschätzung dieser Energie kann beim Phasenübergang vom festen in den gasförmigen Zustand erfolgen, ohne den flüssigen Zustand zu durchlaufen. Diese dabei vorliegende Sublimationsenergie ist ein Gütegrad für die Festigkeit einer Bindung. In der nächsten Tabelle sind einige typische Metalle und Metalloxide aufgeführt.

Metall Sublimationsenergie [$\frac{kj}{mol}$]
NaCl [Kochsalz] $ |411| \frac{kj}{mol}\text{[fest]} - |182| \frac{kj}{mol}\text{[gas]} = + 229 \frac{kj}{mol}  $ 
Al [Aluminium] $ +326 \frac{kj}{mol} $
Be [Beryllium $ + 325 \frac{kj}{mol} $
FeO [Eisenoxid] $ +509 \frac{kj}{mol} $