Metallbindung

Metallic Bonding

Chemie Klasse 9 16 Aufgaben
BindungenMetalle

Im Metall geben die Atome ihre Außenelektronen an ein gemeinsames „Elektronengas" ab, in dem die positiven Atomrümpfe regelmäßig eingebettet sind (Elektronengasmodell). Aus diesem Bau folgen die typischen Metalleigenschaften: elektrische und Wärmeleitfähigkeit durch die frei beweglichen Elektronen, Verformbarkeit durch die gegeneinander verschiebbaren Atomrümpfe, dazu der metallische Glanz. Legierungen sind Stoffgemische eines Metalls mit weiteren Metallen oder Nichtmetallen (Stahl: Eisen und Kohlenstoff). Die Metallbindung ist eine der drei Bindungsarten, deren Kontrast das Struktur-Eigenschafts-Konzept trägt.

Voraussetzungen (1)

Atombau und Periodensystem – Vertiefung
Klasse 9
›

Ermöglicht (1)

Struktur-Eigenschafts-Konzept
Klasse 9
›
Leicht
Multiple Choice #1 20s â–¶ Testen

Wie beschreibt das Elektronengasmodell die Metallbindung?

  • â—Ź Metallatome geben ihre Valenzelektronen ab; die frei beweglichen Elektronen (Elektronengas) halten die positiven Metallionen zusammen.
  • â—‹ Metallatome teilen sich Elektronenpaare wie bei der Atombindung.
  • â—‹ Metallatome ĂĽbertragen Elektronen vollständig auf andere Metallatome.
  • â—‹ Metallatome sind durch magnetische Kräfte verbunden.
Im Elektronengasmodell geben die Metallatome ihre Valenzelektronen ab. Diese delokalisieren sich und bilden ein 'Elektronengas', das die positiv geladenen Atomrümpfe zusammenhält.
LĂĽckentext #2 12s â–¶ Testen

Die frei beweglichen Elektronen im Metall werden als ___ bezeichnet.

âś“ Antwort: Elektronengas
Das Elektronengas besteht aus den frei beweglichen Valenzelektronen aller Metallatome. Es ist verantwortlich für die typischen Metalleigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit.
Wahr / Falsch #3 12s â–¶ Testen

Metalle leiten den elektrischen Strom, weil die Valenzelektronen frei beweglich sind.

âś“ Wahr
Richtig! Die delokalisierten Valenzelektronen im Elektronengas können sich bei Anlegen einer Spannung gerichtet bewegen und so den Strom transportieren. Daher sind Metalle gute elektrische Leiter.
LĂĽckentext #4 12s â–¶ Testen

Einen Werkstoff, bei dem ein Metall mit anderen Metallen oder mit Nichtmetallen wie Kohlenstoff zusammengeschmolzen wurde, nennt man eine ___.

âś“ Antwort: Legierung
Legierungen sind homogene Gemische eines Metalls mit weiteren Metallen oder Nichtmetallen (z. B. Bronze = Kupfer + Zinn, Messing = Kupfer + Zink, Stahl = Eisen + Kohlenstoff). Ihre Eigenschaften unterscheiden sich oft von denen der reinen Metalle.
Zahleneingabe #5 15s â–¶ Testen

Wie viele Valenzelektronen gibt ein typisches Hauptgruppenmetall der 2. Hauptgruppe (z. B. Calcium) an das Elektronengas ab?

âś“ Antwort: 2
Hauptgruppenmetalle geben ihre Valenzelektronen an das Elektronengas ab. Ein Element der 2. Hauptgruppe hat 2 Valenzelektronen und gibt somit 2 Elektronen ab.
Multiple Choice #6 15s â–¶ Testen

Was ist Bronze?

  • â—Ź Eine Legierung aus Kupfer und Zinn
  • â—‹ Ein reines Metall
  • â—‹ Eine Verbindung aus Kupfer und Sauerstoff
  • â—‹ Eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff
Bronze ist eine Legierung aus hauptsächlich Kupfer (Cu) und Zinn (Sn). Sie ist härter als reines Kupfer und war das erste von Menschen verwendete Metallgemisch (Bronzezeit).
Zahleneingabe #7 15s â–¶ Testen

Messing besteht aus 60 % Kupfer und 40 % Zink. Wie viel Gramm Zink werden für 500 g Messing benötigt?

âś“ Antwort: 200
40 % von 500 g = 0,40 Ă— 500 g = 200 g Zink. Die restlichen 300 g bestehen aus Kupfer.
LĂĽckentext #8 12s â–¶ Testen

Die positiv geladenen Metallatome im Metallgitter, die ihre Valenzelektronen abgegeben haben, nennt man Metall-___ oder AtomrĂĽmpfe.

âś“ Antwort: Ionen
Nach Abgabe der Valenzelektronen bleiben positiv geladene Metallionen (Atomrümpfe) zurück. Diese sind regelmäßig im Metallgitter angeordnet und werden durch das Elektronengas zusammengehalten.
Mittel
Multiple Choice #1 12s â–¶ Testen

Welcher dieser Stoffe lässt sich mit dem Hammer zu einer hauchdünnen Folie ausschlagen?

  • â—Ź Gold
  • â—‹ Silizium
  • â—‹ Steinsalz
Metalle sind verformbar: Beim Hämmern gleiten die Schichten der Metall-Ionen aneinander vorbei, und das Elektronengas hält sie in jeder neuen Lage zusammen. Aus Gold lässt sich so Blattgold schlagen, dünner als ein tausendstel Millimeter. Silizium glänzt zwar metallisch, seine Atome sind aber durch feste Atombindungen in einem Gitter verknüpft – es zerspringt. Steinsalz (Ionengitter) ist ebenfalls spröde.
Wahr / Falsch #2 15s â–¶ Testen

Metallischer Glanz entsteht, weil das Elektronengas Licht reflektieren kann.

âś“ Wahr
Richtig! Die frei beweglichen Elektronen des Elektronengases können durch einfallendes Licht zum Schwingen angeregt werden und strahlen das Licht wieder ab. Dadurch entsteht der typische metallische Glanz.
LĂĽckentext #3 15s â–¶ Testen

Die gute Wärmeleitfähigkeit von Metallen erklärt sich durch die schnelle Weitergabe von Bewegungsenergie durch die frei beweglichen ___.

âś“ Antwort: Elektronen
Die Elektronen des Elektronengases transportieren kinetische Energie sehr schnell durch das Metallgitter. Daher leiten Metalle Wärme deutlich besser als Nichtmetalle oder Salze.
Zahleneingabe #4 20s â–¶ Testen

Stahl ist eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff. Der Kohlenstoffgehalt liegt typischerweise zwischen 0,2 % und 2,1 %. Wie viel Gramm Kohlenstoff enthält 1 kg Stahl mit 0,5 % Kohlenstoffgehalt?

âś“ Antwort: 5
0,5 % von 1000 g = 0,5/100 × 1000 g = 5 g Kohlenstoff. Schon geringe Mengen Kohlenstoff verändern die Eigenschaften von Eisen erheblich.
Wahr / Falsch #5 15s â–¶ Testen

Legierungen haben immer niedrigere Schmelzpunkte als die reinen Metalle, aus denen sie bestehen.

âś“ Falsch
Falsch! Legierungen haben oft niedrigere Schmelzpunkte als ihre Bestandteile, aber nicht immer. Manche Legierungen können auch höhere Schmelzpunkte haben. Die Eigenschaften hängen von der Zusammensetzung ab.
Schwer
Multiple Choice #1 25s â–¶ Testen

Welche Eigenschaft von Metallen lässt sich NICHT durch das Elektronengasmodell erklären?

  • â—Ź Die Farbe einzelner Metalle (z. B. Kupfer ist rotbraun)
  • â—‹ Die elektrische Leitfähigkeit
  • â—‹ Die Wärmeleitfähigkeit
  • â—‹ Die Verformbarkeit
Das einfache Elektronengasmodell erklärt Leitfähigkeit, Verformbarkeit und metallischen Glanz. Die spezifische Farbe einzelner Metalle (z. B. Kupfer, Gold) erfordert komplexere quantenmechanische Modelle.
Sortieren #2 25s â–¶ Testen

Ordne die folgenden Metalle nach steigender elektrischer Leitfähigkeit: Eisen, Kupfer, Silber, Aluminium.

âś“ Antwort: Eisen, Aluminium, Kupfer, Silber
Silber ist der beste elektrische Leiter, gefolgt von Kupfer, Aluminium und Eisen. Die Leitfähigkeit hängt von der Anzahl freier Elektronen und der Gitterstruktur ab.
Multiple Choice #3 20s â–¶ Testen

Ein Kupferdraht und ein gleich dicker Messingdraht (Kupfer mit Zink) werden gleich stark gebogen. Was beobachtet man?

  • â—‹ Beide verbiegen sich gleich leicht
  • â—Ź Messing verbiegt sich schwerer als Kupfer
  • â—‹ Messing bricht wie ein Salzkristall
In der Legierung sitzen Zink-Atome anderer Größe zwischen den Kupfer-Atomen. Sie stören die glatten Gitterebenen, sodass die Schichten schwerer aneinander vorbeigleiten: Messing ist härter. Spröde wie ein Salz wird es aber nicht – es gibt keine Ionen mit entgegengesetzter Ladung, die sich beim Verschieben abstoßen, und das Elektronengas hält die verschobenen Atomrümpfe weiter zusammen. Darum lässt sich Messing trotzdem biegen.