Die Metallische Bindung Flashcards
Metalle und metallische Bindung
Die Atome der Metalle können sich fest zusammen lagern, indem sie sich in Gittern anordnen und die Valenzelektronen soweit gelockert werden, dass sie sich zwischen den räumlich fixierten, positiv geladenen Atomrümpfen frei bewegen können. Die Elektronen sind gleichsam ein „Elektronengas“, sie gehören zu keinem einzelnen Atom mehr, sie sind delokalisiert, leicht beweglich und halten die positiv geladenen Atomrümpfe zusammen. Diese Art der Verbindung hat einen regelmäßigen Aufbau, neigen zur Kristallisation, glänzen an der Oberfläche, besitzen eine gute Wärmeleitfähigkeit und leiten den
elektrischen Strom. Elemente, die nicht diese Eigenschaften besitzen nennt man Nicht-Metalle.
Legierungen. Beim Mischen von Metallen z.B. durch Schmelzen und Abkühlen bilden sich Mischkristalle (Legierung). Dies sind keine Verbindungen oder Gemische, sondern sog.
intermetallische Phasen. Wegen der Größe der Metallatome und der Anzahl der Valenzelektronen weisen manche Legierungen eine definierte Zusammensetzung auf, was zu Unterschieden in den physikalischen Eigenschaften im Vergleich zu den Reinstoffen führt.
Im Allgemeinen besitzen Metallatome wenige Valenzelektronen (ein bis drei), bei den Hauptgruppenmetallen sind dies s- und p-Elektronen, während bei den Nebengruppenelementen die d-Orbitale der letzten Schale besetzt werden, d.h. neben den ns-Elektronen können auch die (n-1)d-Elektronen als Valenzelektronen fungieren. Die Chemie der Nebengruppenmetalle ist durch mehrere Oxidationszustände charakterisiert, während bei den Hauptgruppenmetallen nur iene Oxidationsstufe auftritt.
Kristallstrukturen von Metallen
Bei der Beschreibung des Zustandekommens dieser Kristalle werden die Metallatome als starre Kugeln gleicher Größe betrachtet, zwischen denen räumlich ungerichtete Anziehungskräfte wirken Die Kugeln innerhalb einer Schicht bilden Dreiecke bzw. Sechsecke, d.h. innerhalbe einer Schicht ist jede Kugel von sechs anderen Kugeln umgeben. Wird eine zweite Schicht hinzugefügt, entsteht die dichteste Packung genau dann, wenn sich die Kugeln dieser Schicht genau in die Lücken der Schicht einlagern, die durch jeweils drei
Kugeln der ersten Schicht gebildet werden. Durch das Fortführen dieses Prinzips können drei unterschiedliche Strukturen entstehen:
– Hexagonal-dichteste Packung: Die Lücken zur Aufnahme der Kuglen der dritten Schicht befinden sich genau über den Kugeln der ersten Schicht, was in der Schichtenfolge ABABAB… resultiert. Die Koordinationszahl liegt bei 12, da jedes Metallatom von sechs anderen Metallatomen, sowie jeweils drei
weiteren in der darüber und der darunter liegenden Schicht umgeben ist. Die Raumerfüllung beträgt 78%.
– Kubisch-dichteste Packung: Die Lücken zur Aufnahme der Kuglen der dritten Schicht liegen weder über den Kugeln der ersten noch der zweiten Schicht, was in der Schichtenfolge ABCABC… resultiert.
Die Koordinationszahl beträgt 12, da jedes Metallatom von sechs anderen Metallatomen, sowie jeweils drei weiteren in der darüber und der darunter liegenden Schicht umgeben ist. Die Raumerfüllung beträgt 78%.
– Kubisch-raumzentrierte Packung: Acht Metallatome bilden die Ecken eines Würfels, in dessen Zentrum sich ein weiteres Metallatom befindet. Die Koordinationszahl ist 8. Daher ist auch die Raumerfüllung
niedriger und leigt bei 68%.
Aufgrund der räumlichen Anordnung entstehen Lücken zwischen den Metallatomen, die entweder tetraedrisch oder oktaedrisch sind. Diese Zwischengitterplätze können von Nichtmetallatomen besetzt werden, wobei jedoch
nur H, B, C und F in Frage kommen. Verbindungen, die Nichtmetallatome in ihrem Gitter enthalten, werden als Einlagerungsverbindungen bezeichnet. Diese besitzen eine bestimmte Phasenbreite und sind erst im Grenzfall der Besetzung aller tetraedrischen bzw. oktaedrischen Lücken des Metallgitters stöchiometrisch zusammengesetzt.
