Wie erklärt das Elektronengasmodell die typischen Eigenschaften der Metalle?
ELEKTRONENGASMODELL DER METALLE
Aufbau, Wärmebewegung, elektrische Leitfähigkeit und Verformbarkeit. Erhöhe die Temperatur, lege eine Spannung an oder löse einen Hammerschlag aus und beobachte, wie sich Atomrümpfe und Elektronengas verhalten. Die 3D-Ansicht zeigt dasselbe Modell räumlich (drehbar).
Atomrumpf M+Elektron e−
Stromstärke (relativ)0,0
Aufgaben
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Das Elektronengasmodell der Metalle
In einem Metall geben die Atome ihre äußeren Elektronen ab. Zurück bleiben regelmäßig angeordnete, positiv geladene Atomrümpfe (M+). Die abgegebenen Elektronen sind nicht mehr an ein bestimmtes Atom gebunden, sondern frei beweglich – sie bilden das Elektronengas.
Die Anziehung zwischen den positiven Atomrümpfen und dem negativen Elektronengas hält das Metall zusammen. Das ist die Metallbindung.
Wärmebewegung: Je höher die Temperatur, desto stärker schwingen die Atomrümpfe um ihre Plätze. Dadurch werden die Elektronen häufiger gestreut – die elektrische Leitfähigkeit nimmt mit steigender Temperatur ab.
Elektrische Leitfähigkeit: Legt man eine Spannung an, driften die frei beweglichen Elektronen gerichtet zum Pluspol. Diese gerichtete Bewegung ist der elektrische Strom.
Verformbarkeit: Beim Hammerschlag werden ganze Schichten von Atomrümpfen gegeneinander verschoben. Da das Elektronengas überall zwischen ihnen bleibt und sie weiter zusammenhält, bricht das Metall nicht, sondern verformt sich. Fachsprachlich unterscheidet man dabei die Duktilität (Verformen unter Zug, etwa beim Drahtziehen) von der Malleabilität (Verformen unter Schlag, etwa beim Hämmern).
Auch die gute Wärmeleitfähigkeit und der metallische Glanz lassen sich mit dem frei beweglichen Elektronengas erklären.