Unterabschnitte

Metallbindungen

Eigenschaften von Metallen

  • undurchsichtig
  • gute elektrische und thermische Leiter
  • gut verformbar
  • all dies bleibt auch im flüssigen Zustand erhalten

Elektronengas

In Metallen gibt es ein Elektronengas. Jedes Metallatom gibt seine Elektronen aus der äußersten Schale an dieses Elektronengas ab. Das Elektronengas ist für die hohe elektrische Leitfähigkeit verantwortlich, da die Elektronen hoch beweglich sind und über den ganzen Metallkörper delokalisiert sind.

Metalle sind Elektronenmangelsysteme. Es gibt viel weniger Elektronen, als Molekülorbitale vorhanden sind, da jedes Atom ein ganzes Band an Molekülorbitalen hat, weil die Elektronen beliebigen Abstand von diesem Atom mit Hilfe der anderen Atome einnehmen können. Die Elektronen können sich quasi in einem Energieband bewegen.

Leiter, Halbleiter, Isolator

Die Leitfähigkeit eines Stoffes ist abhängig davon, ob es Elektronen in einem Leitungsband transportieren kann oder nicht.
  • Leiter: Metalle sind gute Leiter, da ihr Valenzband das Leitungsband überschneidet9. Somit können Elektronen durch das Elektronengas transportiert werden. Wenn die Themperatur zunimmt, leiten diese Metalle immer schlechter. Die Elektronen fangen an, immer schneller zu werden und auch in die Atomrümpfe sich zu streuen, weshalb sie nicht mehr im Leitungsband vorhanden sind.
  • Eigenhalbleiter: Bei Eigenhalbleitern ist das Valenzband zwar voll besetzt, doch es überlappt sich mit dem Leitungsband nicht. Es gibt eine kleine Bandlücke. Diese kann jedoch bei Hitze überbrückt werden, indem angeregte Elektronen in das Leitungsband springen und somit den Strom leiten.
  • Isolatoren: Bei Isolatoren sind Valenzband und Leitungsband zu weit auseinander. Die Bandlücke ist zu groß, weshalb auch bei Anregung der elektrische Strom nicht geleitet wird.

Dotierte Halbleiter

Silizium wird für die Herstellung von Computerchips gebraucht. Dies ist deshalb so, weil Silizium ein Halbleiter ist. Silizium leitet den Strom im Urzustand nicht. Allerdings können in das Siliziumgitter (Silizum ist wie Kohlenstoff vierbindig) Fremdatome eingelassen werden:
  • Man kann ein Arsenatom (As) einfügen. Dieses liegt eine Hauptgruppe höher als Silizium und ist somit eigentlich fünfbindig. Es kann ein Elektron an das Gitter abgeben10, da es relativ leicht aus der Schale zu entfernen ist. Dieses Elektron verursacht dann die Leitung. Man nennt ein solches Atom Donatoratom und den Halbleiter n-Halbleiter.
  • Man kann auch ein Indiumatom (In) einfügen. Dieses hat ein Elektron weniger als Silizium und nimmt sich deshalb gerne vom Silizium ein Elektron11. Es entstehen im Valenzband des Siliziums Defektelektronen, welche auch den elektrischen Strom leiten können. Einen solchen Halbleiter nennt man p-Halbleiter.
Zum herstellen von Computerchips benötigt man hochreines Silizium. Dieses erhält man, indem man das Silizium durch Reaktion chemisch von Verunreigungen trennt:

\begin{displaymath}Si+3HCl\longrightarrow^{\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!300^{\circ}C}H_...
...ngrightarrow^{\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!\!H_{2}/1100^{\circ}C}Si+3HCl\end{displaymath}

$SiHCl_{3}$ ist Silicochloroform.