7. Metallische Bindung

Question 1

Elektronengas Modell

Answer 1

In Metallen sind die Gitterplätze durch positive Ionen besetzt, die Valenzelektronen bewegen sich frei im Metallgitter, es gibt relativ viel Platz zwischen den Ionen.

Die Valenzelektronen sind nicht an ein bestimmtes Atom gebunden, sondern delokalisiert und können im gesamten Metallgitter frei bewegen

Question 2

Elektronengas Modell - was kann man damit erklären

Answer 2

Übersimplifiziertes Modell, aber man kann manche Eigenschaften der Metallen damit erklären:

• Metalle sind plastisch verformbar: weil man Kationen bewegen und Metall deformieren kann, ohne Bindungen zu brechen und neue Bindungen zu bilden
• Existenz des Elektronengases erklärt die gut elektrische und thermische Leitfähigkeit der Metallen

Question 3

Gittertypen von Metallen

Answer 3

hexagonal dichteste Kugelpackung

kubisch dichteste Kugelpackung

kubisch innenzentrierte Kugelpackung

Question 4

Energiebändermodell

Answer 4

Beschreibt die metallische Bindung mit Hilfe von Molekularorbital, die sich über den ganzen Kristall ausdehnen

Die Gesamtzahl der MO bleibt immer genauso groß wie die Zahl der AO - die MO sind delokalisiert

1g Li: 10^23 Atome –> 10^23 2s AOs –> 10^23 Energiezustände
Abstand der Energieniveau in den Bänden ca 10^-23 eV

Wenn ein Band nur teilweise mit Elektronen besetzt ist, können Elektronen quasi frei durch Kristall sich bewegen –> Leitfähigkeit

3 Bereiche:

• Conductor Band
• verbotene Zone = Band Gap
• Valenzband

Question 5

Energiebändermodell - Leitfähigkeit

Answer 5

In einem vollbesetzten Band findet bei Anlegung einer Spannung keine Leitung statt

Für Elektronenbeweglichkeit müssen freien Quantenzuständen vorhanden sein, in die Elektronen bei Zuführung elektrische Energie gelangen können

Question 6

Energiebändermodell - Erdalkalimetalle

Answer 6

Erdalkalimetalle haben volle 2s Band - aber Überlappungsbereich von 2s und 2p –> Elektronen können deswegen frei bewegen, sonst wären Erdalkalimetalle keine Metallen

Question 7

Energiebändermodell - Isolator

Answer 7

In einem Isolator:

CB leer und vom darunter liegenden, mit Elektronen voll besetzten VB durch breite verbotene Zone getrennt

Energiedifferent zwischen VB und CB = E_g
E_g > 3 eV –> Isolator, zB Diamant

Question 8

Energiebändermodell - Halbleiter

Answer 8

in Halbleiter:

durch thermische Anregung gelangen Elektronen aus dem VBin das CB

So entstehen in VB defekte Elektronen (holes), in CB Elektronen –> elektrische Leitung in beide Bände möglich

E_g < 3 eV –> Halbleiter, zB Silicium, Germanium