Metallische Bindung

Metalle haben viele besondere Eigenschaften. Sie können gut Wärme leiten. Sie können gut elektrischen Strom leiten. Man kann sie biegen und formen, ohne dass sie kaputtgehen und fast alle Metalle sind schwer und hart. Sie können stark erhitzt werden, ohne zu schmelzen.

Was macht Metalle so besonders? Das hat mit der Anordnung der Atome in den Metallen zu tun. Alle Stoffe bestehen aus Atomen. Und alle Atome sind gleich aufgebaut: Sie haben einen Atomkern in der Mitte und Elektronen rund um den Atomkern. Es gibt aber einen Unterschied zwischen Metallatomen und anderen Atomen.

Stoffe, die kein Metall sind - Nichtmetalle - haben Atome, die noch mehr Elektronen wollen. Die können sie bekommen, indem sie Bindungen miteinander eingehen. Diese Bindungen bestehen aus Elektronen, die sich Atome teilen. Die Elektronen in diesen Bindungen bleiben bei den Atomen, die sich miteinander verbunden haben. Wir sagen, die Elektronen sind gebunden oder lokalisiert.

In Metallen ist es genau umgekehrt. Metallatome wollen einige ihrer Elektronen loswerden. Weil aber alle Atome Elektronen abgeben wollen und keins sie annehmen will, setzen sie Elektronen frei. Freie Elektronen bleiben nicht bei einem bestimmten Atom, sondern können überall in ihrem Material sein. Wir sagen, dass diese Elektronen delokalisiert sind.

In manchen Metallarten wird von jedem Atom nur ein einziges Elektron freigesetzt. In anderen Metallen werden von jedem Atom zwei oder drei Elektronen delokalisiert. Wenn Atome Elektronen freisetzen, werden sie zu positiv geladenen Ionen. Also bestehen alle Metalle aus positiven Ionen in einem "Meer" aus negativen Elektronen. Das negativ geladene Elektronenmeer funktioniert wie Klebstoff, der die positiven Ionen zusammenhält.

Das nennt man Metallbindung. Eine Metallbindung kann sehr stark sein und die Ionen eng aneinander ziehen. Deshalb sind die meisten Metalle so harte und schwere Materialien mit einem hohen Schmelzpunkt. Schau mal, was passiert, wenn wir die Form des Metalls ändern wollen. Während die Atome sich bewegen, folgt das Meer an Elektronen ihrer Bewegung.

Die Elektronen passen sich der neuen Form an und halten die Ionen zusammen. Das macht das Metall formbar. Wenn wir eine Seite des Metalls erhitzen, hilft das Elektronenmeer der Hitze, sich überall zu verteilen. Die Hitze wird von diesen freien Elektronen schnell weitergeleitet, sodass das ganze Metallstück heiß wird. Das macht Metall zu einem guten Wärmeleiter.

Und wenn wir Metall an eine Stromquelle anschließen, etwa eine Batterie, können alle freien Elektronen durch das Metall fließen. Und deshalb sind alle Metalle gute elektrische Leiter. Metallatome wollen einige ihrer Elektronen abgeben. Daraus entsteht ein "Meer" aus delokalisierten Elektronen. Und es ist dieses Elektronenmeer, das Metall seine besonderen Eigenschaften verleiht: Härte, Formbarkeit, hohe Schmelzpunkte, gute Wärme- und Stromleitfähigkeit.