Metallisk binding

Den kjemiske binding som det forekommer i metaller og legeringer er referert til som en metallisk binding eller metall -binding . Dette er preget av utseendet til fritt bevegelige (delokaliserte) elektroner i metallgitteret, som blant annet er ansvarlige for de makroskopiske egenskapene til elektrisk ledningsevne , metallisk glans og duktilitet ( smidbarhet eller deformerbarhet ). Den er skapt av elektrostatiske tiltrekningskrefter mellom metallioner og frie elektroner forårsaket.

De nevnte metalliske egenskapene oppstår bare gjennom denne bindingen; De har ikke individuelle atomer av disse elementene. Siden glans og duktilitet også forekommer i ikke-metalliske materialer, er den nødvendige betingelsen for tilstedeværelse av en metalleder i et materiale (metall, legering eller intermetallisk fase ) den negative temperaturkoeffisienten for elektrisk ledningsevne (dårligere ledningsevne når temperaturen øker).

Fremvekst

Metallgitter: positive atomkjerner omgitt av elektroner som beveger seg fritt

Dannelsen av metallbindingen illustreres av den enkle elektrongassmodellen som følger: ytre elektroner ( valenselektroner ) til metallene, som er plassert på det ytterste skallet, er bare svakt bundet og kan derfor lett skilles fra atomet. Et gitter av (periodisk ordnet) positivt ladede metallioner, de såkalte atomkjernene , som hver bærer kjerneladningen , blir derfor dannet i metallet . De utsendte eksterne elektronene er ikke lenger tildelt et enkelt atom og kan bevege seg nesten fritt i gitteret. Man snakker om en elektrongass eller en elektrongassky. Elektrongassen kan beskrives som Fermigas (etter den italienske fysikeren Enrico Fermi ). Som et resultat av den elektrostatiske tiltrekningen mellom atomkjernene og elektrongassen, oppnås en ikke-rettet binding mellom atomkjernene og elektronene. De avlokaliserte elektronene forårsaker god elektrisk ledningsevne og høy varmeledningsevne til metallene, som avtar med økende temperatur. Årsaken til dette er gittervibrasjonene ( fononene ) som øker med temperaturen, der ladebærerne sprer seg mer og mer med økende temperatur. Imidlertid kan den enkle elektrongassmodellen ikke komme med noen kvantitative uttalelser om elektrisk ledningsevne, for eksempel.

Kvantemekanisk båndmodell kommer fra molekylær orbitalteori og er følgelig mer kompleks. Imidlertid gir den pålitelig kvantitativ informasjon om elektrisk ledningsevne, varmeledningsevne, den fotoelektriske effekten og mange andre målbare fenomener.

I begge modeller danner de positivt ladede atomkjernene et såkalt metallgitter (metallkrystall) der de periodisk er anordnet, analoge med ionegitteret . Ulike typer nett er mulig. Et ansiktssentrert kubisk gitter, også kjent som den kubiske nærmeste pakningen, forekommer med jord- og jordalkalimetallene, aluminium så vel som platinametallene og myntmetallene kobber , sølv og gull . Metallenes høye duktilitet (deformerbarhet) er karakteristisk for dette gitteret . Atomkjernene kan forskyves mot hverandre uten å frastøte dem. Samholdet blir realisert av de avlokaliserte elektronene. Det alternative sekskantede ansiktssentrerte gitteret, også kalt sekskantet nærmeste pakking av kuler, forekommer blant andre. de ganske sprø metallene magnesium , titan , kobolt og sink . For overgangsmetaller er det kroppssentrerte kubiske gitteret også stabilt på grunn av retningsbinding mellom d-orbitalene; De viktigste representantene for disse veldig sprø og harde metaller er wolfram , krom og jern (rent støpejern er sprøtt). Andre typer nett er ganske sjeldne med ulegerte metaller.

Skje

En ren metallbinding oppstår med metalliske elementer ( metaller ) og legeringer (blandinger av metaller). Ulike typer metalliske faste stoffer har blandede former for kjemiske bindinger. Noen salter viser f.eks. B. en overgangsform mellom ioniske og metalliske bindinger, fordi de har en metallisk glans, men er farget, eller leder elektrisitet bare i en retning ( endimensjonale metaller ). Imidlertid har det også vært mulig å produsere plast ( polymerer som normalt er preget av kovalente bindinger ) med metalliske egenskaper. Her ble "delokaliserte elektroner" bygget inn i stoffet gjennom målrettet innsetting av dobbeltbindinger. Ved meget høyt trykk og med den vanligvis gassformige substans og elektrisk isolator hydrogen (H ₂ ) kan anta metalliske egenskaper. Det antas at dette metalliske hydrogenet for eksempel forekommer i "gassgigantplanetene" Jupiter og Saturn.

Dette gjør det klart at begrepene kovalent binding, ionebinding og metallbinding er lettere å forstå, men molekylær orbitalteori kan gi bedre beskrivelser og spådommer for mellomliggende områder .

Individuelle bevis

1. ↑ Hans P. Latscha, Helmut A. Klein: Uorganisk kjemi Kjemi Basics jeg . Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-662-05762-9 , pp. 98 ( begrenset forhåndsvisning i Google Book-søk). 
2. ^ ^{A b} D. F. Shriver, PW Atkins, CH Langford: Inorganische Chemie . Utg.: J. Heck, W. Kaim, M. Weidenbruch. 2. utgave. WILEY-VCH, Weinheim 1997, ISBN 3-527-29250-0 , pp. 85-94 . 
3. ↑ ^{a b c} E. Riedel, C. Janiak: Uorganisk kjemi . 8. utgave. Walter de Gruyter, Berlin / New York 2011, ISBN 978-3-11-022566-2 , pp. 177-187 . 
4. ^ AF Holleman, E. og N. Wiberg: Lærebok for uorganisk kjemi . 102. utgave. Verlag Walter de Gruyter, Berlin / New York 2007, ISBN 978-3-11-017770-1 , s. 113-120 . 
5. ^ AF Holleman, E. og N. Wiberg: Lærebok for uorganisk kjemi . 102. utgave. Walter de Gruyter, Berlin / New York 2007, s. 143-147 .