Metallische Bindung

Als Metallische Bindung oder Metallbindung bezeichnet man die chemische Bindung, wie sie bei Metallen und in Legierungen vorliegt. Diese ist gekennzeichnet durch das Auftreten von frei beweglichen (delokalisierten) Elektronen im Metallgitter, die unter anderem für die makroskopischen Eigenschaften Stromleitfähigkeit, metallischer Glanz, Duktilität (Schmiedbarkeit, Verformbarkeit) verantwortlich sind. Sie wird durch Anziehungskräfte zwischen Metall-Ionen und freien Elektronen verursacht.

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Entstehung

Die Außenelektronen der Metalle sind nur schwach gebunden und können daher leicht vom Atom abgetrennt werden. Im Metall bildet sich deshalb ein Gitter aus positiv geladenen Metall-Ionen, den sogenannten Atomrümpfen, welche jeweils die Rumpfladung tragen. Die abgegebenen Außenelektronen sind nicht mehr einem einzelnen Atom zugeordnet und können sich innerhalb des Gitters nahezu frei bewegen. Dies bewirkt die gute elektrische Leitfähigkeit und hohe Wärmeleitfähigkeit der Metalle.

Die freien Elektronen, die sich zwischen den Atomrümpfen im metallischen Festkörper frei und ungeordnet umher bewegen, bezeichnet man auch als Elektronengas oder Elektronengaswolke. Mitunter benennt man das Elektronengas auch nach dem italienischen Physiker Enrico Fermi (1901-1954) Fermigas. Es handelt sich hierbei jedoch wie so oft nur um eine Modellvorstellung.

Die positiv geladenen Metall-Ionen (Atomrümpfe) und die Metallatome bilden ein sogenanntes Metallgitter / einen sogenannten Metallkristall, in dem sie – analog zu einem Ionengitter – regelmäßig angeordnet sind. Es gibt verschiedene Gittertypen. Der häufigste Gittertyp ist der kubische Gittertyp mit einer würfelförmigen Elementarzelle. Seltener treten Metalle in hexagonalen, orthorombischen, monoklinen und triklinen Gitterformen auf.

Die Eigenschaften elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit lassen sich gut mit dem Bändermodell erklären.

Vorkommen

Die metallische Bindung tritt bei den metallischen Elementen (Metallen) auf, bei Legierungen (Mischungen von Metallen), aber auch in bestimmten Salzen, die dann meist eine Übergangsform dieser Bindung hin zur Ionenbindung zeigen, d.h. metallisch glänzen, aber farbig sind, bzw. den Strom nur in eine Richtung gut leiten (eindimensionale Metalle). Es ist aber auch gelungen, Kunststoffe (Polymere, die normalerweise durch kovalente Bindung gekennzeichnet sind) mit metallischen Eigenschaften herzustellen. Hier wurden delokalisierte Elektronen in die Substanz durch das gezielte Einfügen von Doppelbindungen „eingebaut“. Bei sehr hohem Druck kann sogar der normalerweise gasförmige Stoff und elektrische Isolator Wasserstoff (H₂) metallische Eigenschaften annehmen. Man nimmt an, dass dies z.B. bei den „Gasriesenplaneten“ Jupiter und Saturn der Fall ist.

Hierdurch wird deutlich, dass die Ausdrücke kovalente Bindung, ionische Bindung und metallische Bindung zwar leichter verständlich sind, aber für Zwischenbereiche die Molekülorbitaltheorie die besseren Beschreibungen und Vorhersagen treffen kann.