Metallische Bindung-Bändermodell
Lektion auswählen
Materialchemie
Kunststoffe
Einteilung von Kunststoffen nach Herstellung & Eigenschaften
Struktur und Eigenschaften von Kunststoffen
Polykondensation: Polyamide & Polyester
Polymerisation: Vom Monomer zum Polymer
Polyaddition am Beispiel Polyurethan
Massgeschneiderte Kunststoffe und Kunststoffverarbeitung
Umweltbelastung, Recycling, Biokunststoffe
Aufbau von Materie
Chemische Reaktion
Chemisches Gleichgewicht
Stosstheorie: Teilchendichte, Stosszahl & Reaktionsgeschwindigkeit
Heterogene & homogene Katalyse, Katalysatoren & Enzyme
Chemisches Gleichgewicht-Massenwirkungsgesetz
Störung des chemischen Gleichgewichts
Redoxchemie
Säuren und Basen
Organische Chemie
Kohlenwasserstoffe
Homologe Reihe der Alkane und ihre Eigenschaften
Alkane-Isomerie und Eigenschaften
Alkene und Alkine: ungesättigte Kohlenwasserstoffe
Radikalische Substitution-Halogenalkane
Elektrophile Addition: Reaktionsmechanismus & Markownikow-Regel
Brennstoffe
Vom Alkohol zum Ester
Alkoholsynthese-Nucleophile Substitution
Aldehyde und Ketone-Grundlagen
Aldehyde und Ketone-Reaktionen
Carbonsäuren: Grundlagen & Carboxylgruppe
Carbonsäuren: Eigenschaften & Herstellung
Ether: Herstellung und Peroxide
Herstellung und Eigenschaften der Carbonsäureester
Kohlenhydrate
Isomerie, Chiralität & absolute Konfiguration von Zuckermolekülen
Optische Aktivität: Messung & polarisiertes Licht
Klassifizierung der Monosaccharide
Monosaccharide zeichnen & Fischer-Projektion
Disaccharide: reduzierende Wirkung & Zuckeracetale
Polysaccharide als Energiespeicher & Baustoff
Aminosäuren und Proteine
Grundstruktur und Einteilung von Aminosäuren
Eigenschaften von Aminosäuren
Aufgaben und Eigenschaften von Peptiden und Proteinen
Enzyme und Schlüssel-Schloss-Prinzip
Fette und Tenside
Analytische Chemie
Erklärvideo
Zusammenfassung
Metallische Bindung und Bändermodell
Die meisten der Elemente im Periodensystem sind Metalle. Mithilfe des Elektronengasmodells können viele ihrer Eigenschaften erklärt werden.
Elektronengasmodell
Die Atome in einem Metall sind regelmässig angeordnet, ihre Valenzelektronen sind nur schwach gebunden. Da die äusseren Elektronen sich leicht zwischen den Atomrümpfen bewegen können, wird von einem Elektronengas gesprochen. Durch die elektrostatischen Anziehungskräfte zischen den negativ geladenen Elektronen und den positiv geladenen Atomrümpfen kommt die Metallbindung zustande.
Verformbarkeit
Durch die Beweglichkeit der Atomrümpfe gegeneinander sind Metalle plastisch verformbar. Wirken Kräfte von aussen auf ein Metall, so gleiten die Gitterebenen des Metallgitters aneinander vorbei, ohne dass die Kräfte zwischen ihnen aufgehoben werden.
Elektrische Leitfähigkeit
Metalle leiten elektrischen Strom. Der Grund hierfür ist, dass Elektronen durch das Metallgitter hindurch zum positiven Pol wandern. Steigt die Temperatur, werden die Schwingungen des Metallgitters auch grösser, was den Ladungstransport zunehmend stört. Als Konsequenz daraus sinkt die Leitfähigkeit des Metalls.
Metallischer Glanz
Durch eingestrahltes Licht werden Elektronen im Elektronengas angeregt. Sie geben diese Energie jedoch sofort wieder ab, was sich als Reflexion bemerkbar macht.
Bändermodell
Betrachtest du ein isoliertes Atom, liegen die Energieniveaus der Elektronen in klaren Energieniveaus vor. Näherst du zwei Atome aneinander an, so koppeln ihre Energieniveaus und ihre Anzahl nimmt durch Aufspaltung zu. Betrachtest du nun einen ganzen Kristall, bei dem eine Vielzahl von Atomen miteinander wechselwirken, verschmelzen die Energiezustände zu Energiebändern. Das unterste, nicht mit Elektronen besetzte Energieband ist das Leitungsband. Elektronen können durch Anregung aus dem darunter liegenden sogenannten Valenzband in das Leitungsband gelangen.
- diskrete Energieniveaus der Orbitale
- Energiebänder
- Leitungsband
- Valenzband
Halbleiter
Bei einem Isolator oder Nichtleiter ist die energetische Lücke zwischen Leitungsband und Valenzband so gross, dass auch bei grösserer Anregungsenergie (thermischer Energie) keine Elektronen in das Leitungsband gelangen können. Dieses Material leitet also keinen elektrischen Strom. Ist die Bandlücke jedoch so klein, dass durch thermische Energie oder Absorption eines Photons (Licht) ein Elektron in das Leitungsband gehoben werden kann, wird von einem Halbleiter gesprochen. Zugleich hinterlässt es im Valenzband eine Lücke, die durch benachbarte Elektronen aufgefüllt werden kann. Somit ist im Valenzband die Lücke beweglich. Dies wird auch als Defektelektron oder Elektronenfehlstelle bezeichnet. Bei Raumtemperatur weist ein Halbleiter dadurch eine geringe Leitfähigkeit auf, die entweder durch Temperaturerhöhung oder durch gezieltes Einbringen von Ionen anderer Wertigkeit (Dotierung) gesteigert werden kann.
- Leitungsband
- Valenzband
- Bandlücke
- Leitungsband
- Valenzband
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Warum leiten dotierte Halbleiter besser?
Durch die n-Dotierung stehen im dotierten Halbleiter mehr bewegliche negative Ladungsträger zur Verfügung als im nicht dotierten Halbleiter. Der dotierte Halbleiter kann Strom besser leiten, die Leitfähigkeit nimmt zu.
Was sind Isolatoren?
Stoffe, die den elektrischen Strom schlecht oder gar nicht leiten, nennt man Isolatoren. Glas, Gummi, Kunststoffe, Lacke oder Luft und andere Gase sind unter normalen Bedingungen Isolatoren.
Was sind Halbleiter?
Halbleiter sind Festkörper, deren elektrische Leitfähigkeit zwischen der von elektrischen Leitern und der von Nichtleitern liegt.