Die Metallbindung – ein Modellrollenspiel zu der elektrischen

Die Metallbindung –
ein Modellrollenspiel zu der elektrischen Leitfähigkeit in Metallen
Abb.: Modellhafte Darstellung der Metallbindung
Metalle sind mit Ausnahmen von Legierungen aus gleichartigen Atomen aufgebaut. Eine
Vielzahl ihrer Eigenschaften erklärt man sich mit dem Elektronengasmodell.
Metall-Atome besitzen in der Regel nur wenige Außenelektronen.
Das Modell geht von der Annahme aus, dass Außenelektronen der Metall-Atome des
Metallgitters sich nicht mehr einzelnen Atomen zuordnen lassen. Denn durch die
Überlappung der Metall-Atome erweitert sich der mögliche Aufenthaltsbereich dieser
Außenelektronen eines Metall-Atoms über das ganze Metall-Gitter hinweg.
Analog zu der ungeordneten Bewegung von Gasteilchen spricht man deshalb von einem
Elektronengas. Dadurch entstehen positiv geladene Metall-Ionen. In der Literatur wird das
Atom ohne diese Außenelektronen i. d. R. als Atomrumpf bezeichnet.
Ein Metall-Kristall wird demnach durch elektrische Anziehungskräfte zwischen den positiv
geladenen Atomrümpfen und den negativ geladenen beweglichen Elektronen zusammen
gehalten.
Die Eigenschaften der Metalle können mithilfe der Metallbindung erklärt werden.
Arbeitsaufträge:
1. Lies den Informationstext. Klärt in der Gruppe, was auf der Teilchenebene passiert.
Vergleicht euer Ergebnis mit der Lösungskarte.
2. Recherchiere in deiner Gruppe zu folgender Frage:
Was verändert sich auf der Teilchenebene, wenn …
a) … ein Metalldraht Teil eines geschlossenen elektrischen Stromkreises ist?
b) … ein Metalldraht verformt wird?
3.
Entwickelt für die Vorgänge A und B, die in einem Metalldraht stattfinden, ein
Modellspiel, indem ihr als Gruppe die Vorgänge auf Teilchenebene darstellt.
HR Chemie TF 4
Document1
Hilfekarte:
Schau dir den Film http://www.chemie-interaktiv.net/html_flash/ff_metallbindung.swf an.
Erzeigt dir das Verhalten des Metalls beim Verformen und Anlegen einer Spannung auf der
Teilchenebene.
Lösungskarten zu den Fragen:
a) Sobald die Spannung angelegt ist, bewegen sich die negativ geladenen Elektronen
zwischen den Atomrümpfen in Richtung des positiven Pols.
b) Beim Verformen eines Drahtes werden die Atomrümpfe gegeneinander leicht verschoben.
Sie bleiben dennoch zusammen, da sie durch das Elektronengas gehalten werden.
Lehrerinformation:
Vertiefung und fächerübergreifender Bezug zu Physik, Themenfeld 3
Frage: Was verändert sich auf der Teilchenebene, wenn ein Metalldraht erhitzt wird?
Antwort: Die Atomrümpfe schwingen stärker hin und her, so dass ein Teil der Elektronen in
ihrer Bewegung gehindert wird. Dadurch nimmt die elektrische Leitfähigkeit ab.
Siehe auch: HR TF3 Physik, Thermische Ausdehnung in Experiment und Modell –
Temperatur im Basiskonzept Materie (HR_Ph_TF3_UG2_B3_TeilchenAusdehn_AB)
Vor dem Erwärmen
Nach dem Erwärmen
Die Erwärmung eines Körpers führt zu schnellerer Teilchenbewegung und auch zu
häufigeren und kräftigeren Wechselwirkungen zwischen ihnen. Als Folge vergrößert sich der
(mittlere) Abstand zwischen den Teilchen. Also dehnt sich der Körper aus.
HR Chemie TF 4
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