Was ist metallisches Bonden?
Metallische Bindungen sind die chemischen Bindungen, die Atome in Metallen zusammenhalten. Sie unterscheiden sich von kovalenten und ionischen Bindungen dadurch, dass die Elektronen bei metallischen Bindungen delokalisiert sind, das heißt, sie werden nicht nur von zwei Atomen geteilt. Stattdessen schweben die Elektronen in metallischen Bindungen frei durch das Gitter der Metallkerne. Diese Art der Bindung verleiht Metallen viele einzigartige Materialeigenschaften, einschließlich ausgezeichneter thermischer und elektrischer Leitfähigkeit, hoher Schmelzpunkte und Formbarkeit.
In den meisten Metallen sind Atome eng zusammengepackt, so dass jedes Atom mehrere andere Atome berührt und ein Gitter bildet. Die Elektronen jedes Atoms teilen sich die Orbitale der umgebenden Atome. Dadurch können Elektronen durch das Gitter von ihren Elternatomen wegwandern und neue Elektronen aufnehmen.
Die Metallatome in der Gitterstruktur sind immer vollständige Atome, keine Ionen. Obwohl ihre positiv geladenen Kerne Elektronen anziehen, werden sie technisch gesehen nie zu Ionen, da sie keine Elektronen verlieren. Für jedes Elektron, das von einem anderen Atom in der Struktur angezogen wird, nimmt ein neues Elektron seinen Platz im ursprünglichen Orbital ein.
Abhängig von der Art des Metalls und der Organisation seiner Gitterstruktur kann die Festigkeit der Metallbindungen variieren. Eng gepackte Atome erzeugen stärkere metallische Bindungen als Atome, die weniger dicht gepackt sind. Metalle mit einer größeren Anzahl von Elektronen sind auch stärker als solche mit einem dünn besiedelten Elektronenmeer. Je stärker die metallische Bindung ist, desto höher ist der Schmelzpunkt des Metalls.
Metallisches Bonden verleiht Metallen auch eine ausgezeichnete Leitfähigkeit. Dies liegt daran, dass sich die delokalisierten Elektronen frei durch das Metallgitter bewegen können und schnell Energie in Form von Wärme oder Elektrizität transportieren. Bestimmte Metalle haben Elektronenkonfigurationen, die sie zu besonders guten Leitern machen - ihre Elektronen können leicht von einem Atom auf ein anderes übertragen werden. Kupfer ist einer der besten Leiter und wird aufgrund seiner geringen Kosten häufig für Verkabelungen und andere elektrische Anwendungen verwendet.
Möglicherweise ist einer der größten Vorteile von Metallen in der Materialwissenschaft ihre Fähigkeit, zu Formen oder dünnen Drähten geformt zu werden. Die Formbarkeit von Metall beruht auf metallischer Bindung. Wenn eine Kraft ausgeübt wird, kann sich das Metall verformen, ohne zu zersplittern, da die delokalisierten Elektronen auf andere Atome übertragen werden und die Atome ohne starke Abstoßung aneinander vorbeirollen können. Als Beispiel kann man sich vorstellen, einen Zementblock in eine Grube aus Gummibällen abzusenken - die Kugeln brechen nicht, sie ordnen sich einfach neu an. Durch die metallische Bindung kann sich der metallische Feststoff in analoger Weise neu anordnen.