30 Tage kostenlos testen:
Mehr Spaß am Lernen.

Überzeugen Sie sich von der Qualität unserer Inhalte.

Metallbindung 10:36 min

Textversion des Videos

Transkript Metallbindung

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um die Metallbindung. Das Video ist vorgesehen für die Klassenstufen 7 und 8, allgemeiner: für die Mittelstufe. Ich sage das ausführlich, damit sich die Damen und Herren Studenten nicht beschweren. Der Film gehört zur Reihe "Bindungen". An Vorkenntnissen solltest du wissen, was Atome, Ionen und Elektronen sind. Schön wäre es, aber nicht unbedingt notwendig, wenn du weißt, was kovalente Bindung und Ionenbindung sind. Mein Ziel ist es, dir die Metalleigenschaften durch das Bindungsmodell der Metallbindungen zu erklären. Das Video besteht aus 5 Abschnitten:

  1. Überall Metalle
  2. Metalleigenschaften
  3. Das Modell der Metallbindung
  4. Wir erklären die Metalleigenschaften
  5. Zusammenfassung.

  6. Überall Metalle: Ein Leben ohne Metalle ist einfach undenkbar. Wir benötigen sie und wir verwenden sie - tagein, tagaus. Sei es nun in der Technik oder in der Forschung oder vielleicht im Lebensalltag. Überall haben wir es mit Metallen zu tun. Und wir wollen uns heute die Frage stellen: Was haben alle Metalle gemeinsam? Und das sind eben:

  7. Die Metalleigenschaften: Ich glaube, ich mache erst mal ein Päuschen - immer diese Videodreherei. Ich werde mir mal einen Tee machen. Schön heiß muss er sein und soll dann auch abkühlen, damit man ihn trinken kann. Ich stecke mal den Silberlöffel hinein, das wird wohl helfen. Oh, mal probieren. Der Effekt ist sehr schnell spürbar. Der Löffel wird wirklich heiß und leitet die Wärme ab. Silber leitet die Wärme aller Metalle nun einmal am besten, aber die anderen tun das auch nicht schlecht. Metalle sind somit gute Wärmeleiter. Wir nutzen das beim Kochen aus. Außerdem sind sie gute elektrische Leiter. Man kann Metalle gut verformen, man kann sie schmieden und man kann sie gut biegen. Typisch für Metalle ist ihr Glanz.

  8. Das Modell der Metallbindung: Wie ihr sicher wisst, besitzen alle Atome Elektronen. Sie haben innere Elektronen, Elektronen, die weiter vom Kern entfernt sind, und sie haben Elektronen, die am weitesten vom Kern entfernt sind - das sind die Außenelektronen. Außenelektronen sind für die chemische Bindung verantwortlich. Außenelektronen können leicht abgegeben werden. So entstehen aus einem Silberatom ein Silberion und ein Elektron. Ein Silberatom trägt keine Ladung. Ein Silberion ist einfach positiv geladen. Ein Elektron ist einfach negativ geladen. In Formelschreibweise: Ag reagiert zu Ag+ und einem Elektron. Das Silberatom ist elektrisch neutral. Das Silberion und das Elektron tragen jeweils eine Ladung. Betrachten wir nun viele einzelne Metallatome: Man kann sie sich vorstellen, dass sie aus einem Ion - man nennt es auch Atomrumpf - und einem Elektron bestehen. Wir wollen nun einmal viele einzelne Metallatome in lockerer Form im Raum anordnen. Wir haben nun eine Anhäufung vieler einzelner Atome und müssen leider feststellen: Viele einzelne Atome alleine können nichts. Daher verfahren sie nach dem Prinzip "Vereint sind wir stark!". Wollen wir uns nun einmal anschauen, was mit den vielen Atomen passiert: Man erhält aus den Atomrümpfen ein richtiges Metallgitter. Aber was ist denn nun mit den Außenelektronen, die man auch Valenzelektronen nennt? Auch sie müssen mit. Die Außenelektronen befinden sich nun bei den entsprechenden Atomrümpfen. Reicht das nun wirklich für die Metallbindung? Die Antwort ist ein entschiedenes "Nein". Es gibt hier nämlich eine besondere Beziehung zwischen den Außenelektronen und den Atomrümpfen. Prosaisch könnte man das so formulieren: "Jedes für alle, alle für jeden!". Was ist nun damit gemeint? Schaut euch das einmal in der Animation an. Keines der Elektronen bleibt bei seinem eigenen Atomrumpf. Sie bewegen sich über das gesamte Metallgitter. Das heißt, die Elektronen sind frei beweglich. Man sagt auch: Die Außenelektronen sind über das gesamte Metallgitter delokalisiert. Bildlich gesprochen sind sie von den Atomrümpfen vergesellschaftet. Jedes Elektron gehört zu allen Atomrümpfen. Und gerade diese freie Beweglichkeit der Elektronen, diese Delokalisierung, führt zur Metallbindung. Manchmal wird behauptet, dass die Anziehung zwischen Elektronen und Atomrümpfen die Metallbindung hervorruft. Das ist aber falsch. Die delokalisierten Elektronen werden mitunter auch - bildlich - als Elektronengas bezeichnet. Das Elektronengas bewegt sich um die Atomrümpfe, hüllt sie im wahrsten Sinne des Wortes ein.

  9. Wir erklären die Metalleigenschaften: Wir haben die Metallbindung in einem kleinen, kompakten Modell dargestellt. Versuchen wir einmal, die Eigenschaften der Metalle am Beispiel dieses Silberlöffels zu erklären: Metalle besitzen einen typischen Glanz. Die Elektronen wirken wie ein Spiegel, das Metall glänzt. Metalle sind verformbar, man kann sie biegen. Das "Riesenmolekül", der Löffel, ist in die Elektronenwolke eingehüllt; sie schützt den Löffel vor Bruch. Metalle sind elektrische Leiter; das ist klar, denn sie verfügen über Elektronen - frei bewegliche Ladungsträger. Die Wärmeleitung ist etwas schwerer zu erklären: Durch die freien Elektronen führen Metalle Gitterschwingungen im Wärmebereich aus.

  10. Zusammenfassung: Wir haben gelernt, dass Metalle ein Metallgitter bilden. Dieses besteht aus Ionen - Atomrümpfen. Diese werden von delokalisierten, frei beweglichen Außenelektornen umspült. Das ist das Wesen der Metallbindung; sie führt dazu, dass es Metallstücke - Riesenmoleküle - gibt. Mit dem Modell der Metallbindung kann man die wichtigen Eigenschaften der Metalle erklären: den Glanz, die Biegsamkeit, die elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeleitung.

Ich hoffe, ihr hattet ein wenig Spaß. Ich wünsche euch alles Gute. Bis zum nächsten Mal! Tschüss!

5 Kommentare
  1. Hallo Ruben,

    dazu musst du die Eingabehilfe unter der Übung nutzen.

    Liebe Grüße aus der Redaktion.

    Von Karsten Schedemann, vor 7 Monaten
  2. Ich hatte leider ein Problem beim lösen da sich Zeichen wie + und - nicht hochstellen lassen bitte verbessern danke

    Von Ruben Schmid, vor 7 Monaten
  3. Lieber Jan,

    die Coulombsche Wechselwirkung spielt sowohl bei der kovalenten Bindung als auch bei der Metallbindung eine untergeordnete Rolle. Delokalisierung von Elektronen ist hingegen ihr Wesen. Das ist eine grundlegende unumstößliche Tatsache der chemischen Bindungstheorie.
    Die kovalente Bindung kann nicht "verstanden" werden. In der Mikrowelt existieren Gesetze, deren Plausibilität vom Standpunkt der Makrowelt nicht begründet werden kann. Viel eher gibt es Konzepte, die eine Beschreibung des Zusammenhaltes von Atomen in einem Molekül bezwecken. Das wichtigste Paradigma ist die Delokalisierung der Elektronen, deren "Vergesellschaftung" im molekularen System. In diesem Sinn sind die Bindungsverhältnisse im Graphit, in aromatischen Verbindungen und in Metallen sehr ähnlich.
    Die in vielen Lehrbüchern der Regelschule suggerierte Vorstellung, das Wesen der Metallbindung sei das Ergebnis der Anziehung von Atomrümpfen und Elektronen ist nicht nur unkorrekt sondern falsch. Es mag sein, dass so unterrichtet wird. Die Tatsachen jedoch stimmen mit einer solchen Vorstellung nicht überein.

    Viele Grüße

    André Otto

    Von André Otto, vor mehr als 3 Jahren
  4. Hmm... Durch die Beschreibung des "Vergesellschaftungsmodells" entsteht schnell der Eindruck, man habe die Bindung verstanden. Aber wo sind denn nun die anziehenden Wechselwirkungen, die einer Zerstreuung der Atome entgegenwirken? Delokalisierung alleine macht ja noch keine Bindung. Die Wechselwirkung zwischen Elektronen und Atomrümpfen wurde als Bindungsursache sogar ausgeschlossen, allerdings ohne eine Alternative anzubieten.
    Alles was erklärt wird finde ich ansonsten gut erklärt und die übrigen Eigenschaften sind durch das Modell abgedeckt., außer vielleicht Biegsamkeit noch.

    Von Deleted User 381349, vor mehr als 3 Jahren
  5. hat echt gut zu meinem Thema gepasst danke!

    Von Nelly M., vor mehr als 5 Jahren

Metallbindung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Metallbindung kannst du es wiederholen und üben.

  • Nenne Bereiche, in denen Metalle vorkommen.

    Tipps

    Überlege dir, ob es Gegenstände mit Metallen in den jeweiligen Bereichen gibt.

    Lösung

    Ein Leben ohne Metalle ist nicht mehr denkbar. In jedem Lebensbereich findest du Gegenstände, die aus Metall sind oder metallische Bestandteile haben.

  • Nenne Gemeinsamkeiten aller Metalle.

    Tipps

    Überlege dir, was ein Metalllöffel und Aluminiumfolie gemeinsam haben.

    Lösung

    Vergleichst du zu Hause mal einen Metalllöffel mit Aluminiumfolie, erkennst du schnell, dass beide einen metallischen Glanz besitzen. Sicher weißt du auch, dass Aluminiumfolie oft auf Rollen aufgewickelt ist, während ein Löffel viel kleiner ist. Die Größe kann also keine Gemeinsamkeit sein. Und auch wenn du die Aluminiumfolie so zerschneidest, dass sie genauso groß ist wie der Löffel, bemerkst du dabei, dass beides unterschiedlich schwer ist. Manchmal ist ein Metalllöffel etwas verbogen. Und auch Aluminiumfolie kannst du knüllen und biegen, auch wenn es etwas leichter geht als mit dem Metalllöffel. Metalle sind nämlich alle verformbar, manche etwas leichter und manche eben etwas schwieriger. An jedem Stecker für eine Steckdose kannst du ebenfalls Metall erkennen. Das liegt daran, dass alle Metalle eine elektrische Leitfähigkeit besitzen. Die Farbe von Metallen ist ganz unterschiedlich, was man leicht an einem Goldring und einem Silberring erkennen kann.

    Außerdem ist es dir sicher schon passiert, dass du einen Metalllöffel in eine Tasse heißen Tee gestellt hast und der Löffel nach einiger Zeit auch warm war. Dies ist eine Eigenschaft, die alle Metalle gemeinsam haben. Und auch hier gilt: manche mehr, manche weniger.

  • Erkläre, was bei steigender Temperatur mit der elektrischen Leitfähigkeit passiert.

    Tipps

    Elektrischer Strom ist ein Elektronenfluss zwischen einem Plus- und einem Minuspol.

    Der Widerstand erhöht sich bei steigender Temperatur.

    Lösung

    Tatsächlich sinkt die elektrische Leitfähigkeit von Metallen bei steigender Temperatur. Dies lässt sich damit erklären, dass die Atomrümpfe mit steigender Temperatur verstärkte Schwingungen um ihre Ruhelage ausführen und so den Elektronenfluss zwischen den angelegten Polen behindern, indem diese immer wieder an einen Atomrumpf stoßen. Der Widerstand im Leiter wird höher, sodass die Elektronen schlechter durch den Leiter fließen können. Auch deshalb werden Kabel von einer Isolierung umgeben.

  • Erkläre das Modell der Metallbindung.

    Tipps

    Es herrscht eine besondere Beziehung zwischen den Teilchen: „Jedes für alle, alle für jeden.“

    $Ag \rightarrow Ag^+ + e^-$

    Lösung

    Ein Metall besteht aus vielen Metallatomen, wobei sich die Atomrümpfe systematisch in einem Metallgitter anordnen. Die Außenelektronen bzw. Valenzelektronen bewegen sich zwischen den Atomrümpfen frei hin und her. Deshalb sagt man auch, dass sie delokalisiert sind. Man bezeichnet die delokalisierten Elektronen auch als Elektronengas.

  • Gib an, was bei der Abgabe von Außenelektronen entsteht.

    Tipps

    Metallatome sind elektrisch neutral, während Ionen und Elektronen elektrisch geladen sind.

    Elektronen sind immer negativ geladen.

    Nicht alle Metalle geben gleich viele Außenelektronen ab.

    Lösung

    Wird bei einem Metallatom ein Außenelektron abgegeben, entstehen ein Metallion und ein Elektron. Dabei solltest du beachten, dass Elektronen immer negativ geladen sind. Metallatome sind immer elektrisch neutral. Daher sind Metallionen positiv geladen. Doch nicht alle Metallatome geben gleich viele Außenelektronen ab. Einige besitzen mehr als ein Außenelektron. Ist dies der Fall, geben sie z.B. drei Außenelektronen ab und bilden ein dreiwertiges Metallion, wie zum Beispiel Gold $Au^{3+}$.

  • Erkläre, was eine Legierung ist und wie sie entsteht.

    Tipps

    Messing und auch Bronze sind Legierungen.

    Bronze besteht aus Kupfer und Zinn.

    Überlege dir, was die Struktur des Metallgitters ausmacht.

    Lösung

    Eine Legierung ist eine Mischung aus verschiedenen Metallen. Man stellt sie künstlich her, um Eigenschaften der Basismetalle zu verändern. Beim Schmelzen vermischen sich auch alle Atomrümpfe miteinander. Diese bilden beim Abkühlen wieder ein Metallgitter, diesmal jedoch ein Metallgitter aus allen verschiedenen Atomsorten. Die älteste Legierung, die bekannt ist, ist Bronze. Sie wurde schon vor 5000 Jahren verwendet, um ihr Basismetall Kupfer härter zu machen. Bronze ist eine Mischung aus Kupfer und Zinn und wurde für Gebrauchsgegenstände, Waffen und auch Schmuck genutzt.