THEORIE DES MEERESMEERS: GRUNDLAGEN UND EIGENSCHAFTEN - CHEMIE - 2025

Die Theorie des Elektronenmeeres ist eine Hypothese, die ein außergewöhnliches chemisches Phänomen erklärt, das bei metallischen Bindungen zwischen Elementen mit geringer Elektronegativität auftritt. Es ist das Teilen von Elektronen zwischen verschiedenen Atomen, die durch metallische Bindungen verbunden sind.

Die Elektronendichte zwischen diesen Bindungen ist so, dass die Elektronen delokalisiert sind und ein "Meer" bilden, in dem sie sich frei bewegen. Es kann auch quantenmechanisch ausgedrückt werden: Einige Elektronen (normalerweise ein bis sieben pro Atom) sind in Orbitalen mit mehreren Zentren angeordnet, die sich über die Metalloberfläche erstrecken.

Ebenso behalten Elektronen einen bestimmten Ort im Metall bei, obwohl die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Elektronenwolke um einige spezifische Atome eine höhere Dichte aufweist. Dies liegt an der Tatsache, dass sie beim Anlegen eines bestimmten Stroms ihre Leitfähigkeit in eine bestimmte Richtung zeigen.

Grundlagen der Elektronenmeertheorie

Die Theorie des Elektronenmeeres bietet eine einfache Erklärung für die Eigenschaften metallischer Spezies wie Widerstand, Leitfähigkeit, Duktilität und Formbarkeit, die von Metall zu Metall unterschiedlich sind.

Es wurde entdeckt, dass der Widerstand, der Metallen verliehen wird, auf die große Delokalisierung ihrer Elektronen zurückzuführen ist, die eine sehr hohe Kohäsionskraft zwischen den Atomen erzeugt, die sie bilden.

Auf diese Weise ist Duktilität als die Fähigkeit bestimmter Materialien bekannt, die Verformung ihrer Struktur zu ermöglichen, ohne genügend Nachgiebigkeit zu ergeben, wenn sie bestimmten Kräften ausgesetzt sind.

Geschichtetes Offshoring

Sowohl die Duktilität als auch die Formbarkeit eines Metalls werden durch die Tatsache bestimmt, dass die Valenzelektronen in Form von Schichten in alle Richtungen delokalisiert sind, wodurch sie sich unter Einwirkung einer äußeren Kraft übereinander bewegen. Vermeiden des Bruchs der Metallstruktur, aber Ermöglichen ihrer Verformung.

Ebenso ermöglicht die Bewegungsfreiheit delokalisierter Elektronen einen elektrischen Stromfluss, wodurch Metalle eine sehr gute Leitfähigkeit der Elektrizität aufweisen.

Darüber hinaus ermöglicht dieses Phänomen der freien Bewegung von Elektronen die Übertragung kinetischer Energie zwischen den verschiedenen Bereichen des Metalls, was die Wärmeübertragung fördert und die Metalle eine große Wärmeleitfähigkeit aufweist.

Theorie des Elektronenmeeres in metallischen Kristallen

Kristalle sind feste Substanzen mit physikalischen und chemischen Eigenschaften wie Dichte, Schmelzpunkt und Härte, die durch die Art der Kräfte erzeugt werden, die die Partikel, aus denen sie bestehen, zusammenhalten.

In gewisser Weise werden Kristalle vom Metalltyp als die einfachsten Strukturen angesehen, da jeder "Punkt" des Kristallgitters von einem Atom des Metalls selbst besetzt wurde.

In diesem Sinne wurde festgestellt, dass die Struktur von Metallkristallen im Allgemeinen kubisch ist und sich auf die Flächen oder den Körper konzentriert.

Diese Arten können jedoch auch eine sechseckige Form und eine ziemlich kompakte Packung haben, was ihnen die für sie charakteristische enorme Dichte verleiht.

Aus diesem strukturellen Grund unterscheiden sich die Bindungen, die sich in Metallkristallen bilden, von denen, die in anderen Kristallklassen auftreten. Elektronen, die Bindungen bilden können, werden wie oben erläutert in der gesamten Kristallstruktur delokalisiert.

Nachteile der Theorie

In metallischen Atomen gibt es eine kleine Menge an Valenzelektronen im Verhältnis zu ihrem Energieniveau; Das heißt, es steht eine größere Anzahl von Energiezuständen zur Verfügung als die Anzahl der gebundenen Elektronen.

Dies impliziert, dass sich die Elektronen aufgrund einer starken elektronischen Delokalisierung und auch teilweise gefüllter energetischer Bänder durch die Gitterstruktur bewegen können, wenn sie von außen einem elektrischen Feld ausgesetzt werden, und zusätzlich den Ozean der Elektronen bilden das unterstützt die Durchlässigkeit des Netzwerks.

Die Vereinigung von Metallen wird also als Konglomerat positiv geladener Ionen interpretiert, die durch ein Meer von Elektronen (negativ geladen) gekoppelt sind.

Es gibt jedoch Eigenschaften, die durch dieses Modell nicht erklärt werden, wie unter anderem die Bildung bestimmter Legierungen zwischen Metallen mit bestimmten Zusammensetzungen oder die Stabilität kollektiver Metallbindungen.

Diese Nachteile werden durch die Quantenmechanik erklärt, da sowohl diese Theorie als auch viele andere Ansätze auf der Grundlage des einfachsten Modells eines einzelnen Elektrons etabliert wurden, während versucht wurde, es in viel komplexeren Strukturen von Mehrelektronenatomen anzuwenden.

Verweise

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