Eigenschaften von Metallen

Diese Lerneinheit erklärt, warum Metalle die für sie typischen Eigenschaften — elektrische und thermische Leitfähigkeit, Verformbarkeit und metallischer Glanz — überhaupt besitzen, und liefert damit eine dritte Bindungsart neben Ionen- und Elektronenpaarbindung: die Metallbindung. Modell dafür ist das Elektronengas-Modell: Die Valenzelektronen der Metallatome sind nicht an einzelne Atome gebunden, sondern frei beweglich zwischen den positiv geladenen Atomrümpfen im Metallgitter — sie bilden ein sogenanntes Elektronengas. Aus diesem Modell lassen sich alle typischen Metalleigenschaften ableiten: Die elektrische Leitfähigkeit entsteht durch die gerichtete Bewegung der freien Elektronen unter angelegter Spannung, die Wärmeleitfähigkeit durch den effizienten Transport kinetischer Energie durch das Elektronengas, und der metallische Glanz durch die Wechselwirkung von Licht mit den freien Elektronen an der Oberfläche. Auch die Verformbarkeit von Metallen wird erklärt: Da die Atomrümpfe im Gitter gegeneinander verschoben werden können, ohne dass die Bindung durch das umgebende Elektronengas verloren geht, lassen sich Metalle biegen und strecken, ohne zu brechen — im deutlichen Gegensatz zur Sprödigkeit von Salzen. Ein eigener Themenblock behandelt Legierungen: Werkstoffe aus mindestens zwei Elementen, von denen mindestens eines ein Metall ist, wobei Fremdatome die Gitterstruktur stören und das Verschieben der Ebenen erschweren — ein Effekt, der Legierungen typischerweise härter macht als die reinen Ausgangsmetalle.

• Das Elektronengas-Modell zur Beschreibung der Metallbindung erklären
• Elektrische und thermische Leitfähigkeit von Metallen auf die freie Beweglichkeit der Elektronen zurückführen
• Die Verformbarkeit von Metallen mit der Struktur des Metallgitters begründen
• Metallischen Glanz durch die Wechselwirkung von Licht mit freien Elektronen erklären
• Den Begriff Legierung definieren und erklären, warum Legierungen oft härter als reine Metalle sind

Das Elektronengas-Modell ist das Standardmodell zur Beschreibung der metallischen Bindung. Fremdatome stören die Gitterstruktur, was das Verschieben der Ebenen gegeneinander erschwert und das Metall härter macht.