Chemische Bindungen: Metallisch, Kovalente & Ionische Bindung

Metallische Bindung

Die grundlegenden Eigenschaften von metallischen Werkstoffen werden durch die Art der metallischen Bindung bestimmt. Die metallische Bindung ist charakteristisch für Metalle und ihre Legierungen. Es handelt sich um eine starke Primärbindung, die sich zwischen den Atomen bildet. Da die Atome sehr dicht gepackt sind, überlappen ihre Valenzelektronen und bilden ein sogenanntes Elektronengas, das die positiv geladenen Atomrümpfe umgibt und zusammenhält.

Eigenschaften von Metallen

• Sie sind in der Regel bei Raumtemperatur fest (Ausnahme: Quecksilber) und ihre Schmelz- und Siedepunkte können sehr unterschiedlich sein.
• Die thermische und elektrische Leitfähigkeit ist sehr hoch, was durch die enorme Mobilität ihrer Valenzelektronen im Elektronengas erklärt wird.
• Sie haben einen charakteristischen metallischen Glanz und sind wenig elektronegativ.
• Sie sind duktil (verformbar) und schmiedbar. Die große Mobilität der Valenzelektronen ermöglicht es den Atomrümpfen, ihre Positionen zu verändern, ohne dass die Bindung bricht.
• Sie können Elektronen emittieren, wenn ihnen Energie in Form von Wärme zugeführt wird (Glühemission).
• Sie neigen dazu, Elektronen aus ihren äußeren Schalen abzugeben, wenn sie von Lichtquanten (Photonen) getroffen werden, ein Phänomen, das als photoelektrischer Effekt bekannt ist.

Kovalente Bindung

Das Modell der kovalenten Bindung geht davon aus, dass Atome Elektronenpaare teilen, um ihre Valenzschalen zu vervollständigen und einen energetisch stabilen Zustand zu erreichen. Diese Art der Bindung wird häufig durch Lewis-Diagramme dargestellt.

Stoffe mit kovalenten Bindungen

Molekulare Stoffe

• Sind bei Raumtemperatur oft Gase oder Flüssigkeiten. Die Bindung innerhalb der Moleküle ist sehr stark, die Anziehungskräfte zwischen den Molekülen (intermolekulare Kräfte) sind jedoch schwach.
• Oft wasserunlöslich, da sie in der Regel keine Ionen bilden.
• Leiten keinen elektrischen Strom, da sie keine freien Ladungsträger besitzen.

Atomkristalle (kovalente Netzwerke)

Beispiele: Diamant, Graphit, Quarz

• Sind bei Raumtemperatur fest und haben sehr hohe Schmelz- und Siedepunkte aufgrund der starken Bindungen, die sich durch das gesamte Kristallgitter ziehen.
• Sind in der Regel unlöslich in Wasser.
• Leiten normalerweise keinen elektrischen Strom (wichtige Ausnahme: Graphit).

Ionische Bindung

Eine ionische Bindung tritt zwischen Atomen von Elementen mit einem großen Unterschied in der Elektronegativität auf (typischerweise zwischen einem Metall und einem Nichtmetall). Metallatome geben leicht Elektronen ab und werden zu positiv geladenen Kationen. Nichtmetallatome nehmen diese Elektronen auf und werden zu negativ geladenen Anionen. Die starken elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen diesen entgegengesetzt geladenen Ionen führen zur Bildung eines stabilen Ionengitters (Salz).

Eigenschaften von Ionenverbindungen

• Sind bei Raumtemperatur feste, kristalline Stoffe.
• Haben hohe Schmelz- und Siedepunkte aufgrund der starken Anziehungskräfte im Ionengitter.
• Sind hart und spröde.
• Oft in Wasser löslich. Die wässrigen Lösungen und die Schmelzen leiten elektrischen Strom, da die Ionen dann frei beweglich sind. Im festen Zustand leiten sie nicht.