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Metallbindung

Die Li-Atomverbände

Die quantenmechanische Behandlung von Metallkristallen kombiniert die Wellenfunktionen der Atomorbitale prinzipiell ähnlich wie bei Molekülen zu Orbitalgruppen, die den Molekülorbitalen entsprechen. Während sich aber MO's selbst bei Molekülen mit delokalisierten Systemen auf einige Atome beschränken, sind bei Metallkristallen alle Atome des Kristalls zu berücksichtigen. Der Kristall ist als Riesenmolekül zu verstehen. Diese Betrachtungsweise soll am Beispiel des einfachsten Metalls, des Lithiums, verdeutlicht werden.

Die Elektronenkonfiguration des Lithiums ist 1s22s1. Die erste Ionisierungsenergie beträgt 5,4 eV, die zweite bereits 75,6 eV, so dass die 1s-Elektronen beim Atomkern verbleiben. Betrachtet man zwei Li-Atome, so sind ihre 2s-Orbitale entartet, solange die beiden Atome weit genug voneinander entfernt sind. Bei Annäherung der beiden Atome beginnen die Orbitale aufzuspalten (Pauli-Verbot: "In einem quantenmechanischen System darf kein Elektron in all seinen Quantenzahlen übereinstimmen.") und es entsteht ein bindender und ein antibindender Zustand. Bei der Besetzung des bindenden MO's mit den beiden verfügbaren Valenzelektronen resultiert ein Li2 -Molekül.

Abb.1

Li2 -Moleküle existieren bei höherer Temperatur im Lithiumdampf. Bei Raumtemperatur bildet Lithium hingegen einen kristallinen Feststoff mit metallischen Eigenschaften. Betrachtet man beispielsweise 8 Li-Atome, so werden aus den einzelnen 2s-Orbitalen bei entsprechender Annäherung 8 neue Energieniveaus gebildet:

Abb.2
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