Metallbindung/Metallische Bindung

Eine metallische Bindung ist eine chemische Bindung von Metallen und Legierungen. Im Vergleich zu Ionenbindungen und kovalenten Bindungen gibt es bei metallischen Bindungen Elektronen, die nicht an ein bestimmtes Atom gebunden sind und sich somit mehr oder weniger frei im Metallgitter bewegen können. Diese Form der chemischen Bindung ist verantwortlich für typische Eigenschaften von Metallen und Legierungen wie beispielsweise Verformbarkeit und Leitfähigkeit.

 

Im Vergleich zu Nichtmetallatomen haben die Atomkerne von Metallatomen eine geringere Anziehungskraft auf die Elektronen der äußersten Hülle (Valenzelektronen). Die Valenzelektronen sind also weniger schwach an den Atomkern gebunden und können daher einfacher vom Atom abgetrennt werden. Dies hat zur Folge, dass sich in Metallen Gitter aus positiven Metallionen – den so genannten Atomrümpfen – bilden. Zwischen den Atomrümpfen können sich die abgegebenen Elektronen weitestgehend frei bewegen. Die im Metallgitter beweglichen Elektronen werden als Elektronengas bezeichnet. Hierbei handelt es sich nicht um ein Gas im chemischen Sinne, sondern um einen Modellbegriff. Durch die Anziehung zwischen den positiv geladenen Atomrümpfen und dem Elektronengas erhält man eine Bindung zwischen Atomrümpfen und Elektronen.

 

Die beschriebenen Besonderheiten metallischer Verbindungen sind – neben Faktoren wie dem Gittertyp, der Anzahl der Elektronen etc. – verantwortlich für einige typischen Eigenschaften von Metallen und Legierungen:

• Verformbarkeit (Duktilität): Wirkt eine mechanische Kraft auf Metalle oder Legierungen – beispielsweise beim Walzen oder Schmieden – verschieben sich die Atomrümpfe zwar gegeneinander, werden aber weiterhin durch das Elektronengas zusammengehalten. Metalle und Legierungen brechen daher nicht spröde, sondern lassen sich verformen.
• Elektrische Leitfähigkeit: Dadurch, dass sich Elektronen im Metallgitter weitestgehend frei bewegen, dienen sie als Ladungsträger zum Transport der Ladung. Die elektrische Leitfähigkeit ist bei reinen Metallen in der Regel höher als bei Legierungen.
• Wärmeleitfähigkeit: Die weitestgehend freie Beweglichkeit von Elektronen ist ursächlich dafür, dass Metalle und Legierungen eine hohe Wärmeleitfähigkeit haben.
• Metallischer Glanz: Trifft Licht auf eine metallische Oberfläche, wird es – vereinfacht gesagt – von den frei beweglichen Elektronen erfasst und zurückgesendet (Reflexion). Neben einer glatten (polierten) Oberfläche ist dies ursächlich für den metallischen Glanz.