Metallbindung 09:25 min

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Transkript Metallbindung

Herzlich Willkommen zum Thema Metallbindung. In diesem Video wollen wir uns mal damit beschäftigen, welche Vorstellung der metallischen Bindung zugrunde liegen, und wir wollen weiterhin die Frage beantworten, wie man anhand dieser Vorstellung den elektrischen Stromfluss erklären kann. Also: Wieso sind Metalle in der Lage, den elektrischen Strom zu leiten? Gut, wir haben bisher zwei verschiedene Arten von Bindungen kennengelernt. Das war zum einen die Ionenbindung; da möchte ich noch mal ganz kurz drauf eingehen, weil die Metallbindung im Grunde nur eine Weiterentwicklung ist. Warum erkläre ich dann auch gleich. Ja, also die erste Bindung, die wir bisher kennengelernt haben, das war die Ionenbindung. Die war dadurch charakterisiert, dass wir im Grunde zwei Stoffe A und B haben als Grundlage erst mal. Wenn wir jetzt zum Beispiel Natriumchlorid bilden, dann könnte A Natrium sein, oder könnte A einfach in der ersten Hauptgruppe stehen, und verfügt über ein Valenzelektron. B würde dann in der 7. Hauptgruppe stehen und verfügt über 7 Valenzelektronen. Im Falle der ionischen Bindung kommt es nun dazu, dass das Valenzelektron von A sozusagen hier abgetrennt wird und bei B gutgeschrieben wird. Also erhält B das Valenzelektron von A. Die Konsequenz ist, dass beide Bindungspartner sozusagen dann über ein Elektronenoktett verfügen, also Edelgaskonfiguration haben. B ist dann natürlich negativ geladen und A ist positiv geladen. Die tatsächliche Bindung, die resultiert dann aus der elektrostatischen Anziehung zwischen diesen beiden verschiedenen beiden Ionen. Grundaussage war also: Die Valenzelektronen der jeweiligen Bindungspartner wurden den Bindungspartnern nach ihrer Elektronegativität usw. so zugeschrieben, dass beide Bindungspartner über eine Edelgaskonfiguration verfügen und sozusagen Ionen bilden. Deswegen heißt die Bindung natürlich auch so. Gut, zweite Bindung, die wir kennengelernt haben, war die kovalente Bindung. Das sollen jetzt einfach mal dieselben Bindungspartner sein, also A steht in der 1. Hauptgruppe, B steht in der 7. Hauptgrunde. Und hier kam es ganz einfach dazu, dass diese beiden Elektronen hier im Grunde ein Elektronenpaar ausbilden, ein bindendes Elektronenpaar. Das ist im Grunde die kovalente Bindung, kann man noch mal ein bisschen genauer reinschreiben. Und hier kommt es also nicht zu einer festen Zuteilung dieser Valenzelektronen, die Valenzelektronen werden zwischen den Bindungspartnern richtig geteilt. Gut, hier hatten wir dann einfach die Sache: Wenn wir einen Bindungspartner zuhalten und die Elektronen zählen, dann verfügt auch hier jedes Elektron über Edelgaskonfiguration. Wenn man jetzt ganz exakt sein will, müsste man sagen, dass A in dem Fall Wasserstoff sein muss. Ansonsten müssten hier noch freie Elektronenpaare dran sein. Gut, ist aber nicht so wichtig. Die Hauptaussage ist ganz einfach: Die Valenzelektronen hier, die werden im Grunde zwischen diesen beiden Bindungspartnern geteilt. Hier wurden sie fest zugeschrieben, hier werden sie geteilt zwischen beiden Bindungspartnern. Ich hatte davon gesprochen, dass die metallische Bindung einer Weiterentwicklung ist. Warum sehen wir jetzt. Wir betrachten auch wieder mal die Stoffe A und B in dem Fall. Und hier ist ganz einfach so, dass wir natürlich auch hier wieder unsere Valenzelektronen haben, und dass diese Valenzelektronen nun aber komplett vom Kern gelöst werden. Wir könnten das jetzt hier auch noch reinschreiben. Dann hätten wir allerdings eine Legierung, wenn wir einen Stoff B nehmen. Deswegen nehme ich lieber mal Stoff A, und wir nehmen einfach mal noch ein zweites Teilchen A mit einem freien Elektron, also einem Valenzelektron. Und hier kommt es nun eigentlich dazu, dass diese Elektronen sozusagen den Atomen, den Elementen entzogen werden. Dann bleiben natürlich positiv geladene Atomrümpfe zurück. Und die Elektronen, die müssen sich nun natürlich auch irgendwo aufhalten, aber dafür gibt es nun keinen bestimmten Platz. Also die werden sich irgendwo, wenn es nur diese beiden Stoffe sind, natürlich irgendwo hier dazwischen anordnen. Aber eben nicht in Form einer kovalenten Bindung, sondern nur irgendwie. Also im Grunde werden diese Valenzelektronen delokalisiert und es kommt zur Bildung einer sogenannten Elektronenwolke. Das Ganze ist natürlich hier bei nur zwei Bindungspartnern bzw. zwei Elektronen nur schwer zu veranschaulichen, deswegen schauen wir uns mal dieses Bild hier an. Ich hatte ja schon gesagt, dass die Valenzelektronen sozusagen komplett losgelöst werden, zurück bleiben positiv geladene Atomrümpfe - also im Grunde Kationen - und das sollen hier diese roten Kugeln verdeutlichen. Rot ist der Hinweis auf eine positive Ladung und die roten Kugeln sind also Kationen - Metallkationen natürlich. Es geht ja um ein Metall. Gut, diese Metallkationen, die werden nun feste Gitterplätze einnehmen. Also die werden sich sozusagen fest anordnen. Wie das nun genau geschieht, das hängt auch wieder von der Natur der Metallionen ab; also von Größe, der Ladung usw. Und wichtig ist aber nur, dass diese Atomrümpfe sich auf festen Gitterplätzen befinden. Gut, die Elektronen sind nun delokalisiert. Delokalisiert heißt nur: Wir kennen keinen genauen Ort. Das ist eigentlich relativ praktisch. Und das bedeutet: Wir müssen im Grunde bloß hier irgendwie eine Elektronenwolke andeuten. Also wir drücken im Grunde bloß mit diesen blauen Punkten aus, dass sich hier irgendwo zwischen diesen positiv geladenen Atomenrümpfen irgendwelche Elektronen bewegen. Hier müssen sich natürlich auch Elektronen bewegen, weil sich sonst natürlich diese Kationen auch wieder abstoßen würden. Also, es gibt positiv geladene Atomrümpfe auf festen Gitterplätzen und zwischen diesen befindet sich eine Elektronenwolke oder auch ein Elektronengas. Wichtig ist nur: Es sind delokalisierte Elektronen, also Elektronen ohne festen Platz. Das ist im Grunde auch schon die Metallbindung. Gut, können wir uns also der zweiten Frage widmen: Wie kann man nun die elektrische Leitfähigkeit von Metallen veranschaulichen, oder wie kann man sich das Ganze vorstellen? Da gibt es natürlich auch mehrere Ansätze. Wir wollen einfach mal dieses Bild hier nutzen. Wir haben hier also einen Block aus positiv geladenen Metallrümpfen mit einer Elektronenwolke dazwischen. Und wir könnten einfach mal sagen, dass diese drei Kästchen hier, diese drei Würfel, sozusagen einfach mal ein Ausschnitt aus einem Draht sind. Der Draht, der geht natürlich dann auf beiden Seiten weiter. Und wir haben jetzt einfach bei einer elektrischen Leitung den Fall, dass hier auf dieser Seite irgendwo Elektronen hereingedrückt werden - meinetwegen aus der Steckdose oder was weiß ich. Hier werden jedenfalls Elektronen reingedrückt, die drücken dann natürlich auch diese Elektronenwolke hier wieder raus. Es kommt im Grunde zu einem Wechsel; also das, was vorher Elektronenwolke war, das wird als normales Elektron den Metallblock verlassen und die zurückgelassenen Plätze werden dann durch Elektronen aus der Steckdose sozusagen ersetzt. Also: Diese Elektronen hier, die drücken die Elektronenwolke hier im Grunde heraus, hinterlassen natürlich aber gleichzeitig neue Elektronen, die dann auch wieder die Elektroneutralität hier bewahren. Also Grundaussage ist im Grunde: Die Elektronen hier drin sind so flexibel, dass sie einfach rausgedrückt werden können.  Es gibt noch eine weitere Variante, diese elektrische Leitfähigkeit zu erklären, das ist die sogenannte Bändertheorie. Da kommt es dann gewissermaßen zur Ausbildung von vielen Molekülorbitalen. Und es kommt zur Ausbildung von besetzten Valenzbändern und Leiterbändern usw. Das aber nur am Rande. Wenn der Bedarf besteht, mache ich da auch gerne noch ein Video zu. Ansonsten sollte diese Vorstellung aber erst mal ausreichen, um sich und seinem Kopf halt einfach die Stromleitung im Metall zu erklären. Gut, ich hoffe, es war halbwegs verständlich und wünsche noch viel Spaß beim Chemie-Lernen!    

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3 Kommentare
  1. Default

    hallo

    Von Liane Zimmermann, vor mehr als 2 Jahren
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    gut, sääheerrrr gut

    Von Liane Zimmermann, vor mehr als 2 Jahren
  3. Default

    sehr, sehr gut erklärt. Danke!

    Von Olivia Serwata, vor mehr als 4 Jahren