Metallische Bindung

Metallische Bindung oder Metallbindung bezeichnet die Bindungsart, die üblicherweise zwischen Metallatomen im Festkörper vorliegt und 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.

Entstehung

Die meisten Metalle der Hauptgruppen besitzen nur wenige Außenelektronen, oft 1 bis 3. Diese Außenelektronen der Metalle können leicht vom Metallatom abgegeben werden, da die Atomkerne auf die Außenelektronen nur geringfügige Anziehungskräfte ausüben. Dadurch entstehen positiv geladene Metall-Ionen und nahezu frei bewegliche Elektronen. Diese frei beweglichen Elektronen ermöglichen daher die gute elektrische Leitfähigkeit und die hohe Wärmeleitfähigkeit der Metalle.

Man bezeichnet die freien Elektronen im metallischen Festkörper auch als Elektronengas, weil sich die Elektronen wie Gasteilchen frei bewegen können. Mitunter nennt man das Elektronengas nach dem italienischen Physiker Enrico Fermi (1901-1954) auch Fermigas. Das Elektronengas befindet sich zwischen den Metall-Ionen. Man spricht auch von einer Elektronengaswolke. Es handelt sich jedoch um eine Modellvorstellung.

Nicht alle Metallatome liegen gleichzeitig als Ionen vor. Die positiv geladenen Metall-Ionen ziehen frei bewegliche Außenelektronen stärker an, sodass sie kurzzeitig wieder zum Atom werden. Dann können die Elektronen wieder abgegeben werden.

Die positiv geladenen Metall-Ionen (Atomrümpfe) und die Metallatome sind in einem Gitter, dem Metallkristall, regelmäßig angeordnet. Die abgespaltenen Elektronen bewegen sich in den Zwischenräumen frei und ungeordnet umher (Elektronengas).

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 herstellen, hier wurden delokalisierte Elektronen in die Substanz durch das gezielte Einfügen von Doppelbindungen »eingebaut«. Bei sehr hohen Drücken kann sogar der normalerweise gasförmige 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 sich die Ausdrücke kovalente Bindung, ionische Bindung und metallische Bindung zwar leichter verständlich sind, aber für Zwischenbereiche die Molekülorbitaltheorie die bessere Beschreibungen und Vorhersagen treffen kann.