Elektronenmeer

Elektronenmeer ist ein Begriff der Metallbindung, der das delokalisierte Elektronensystem in Metallen beschreibt. Valenzelektronen lösen sich aus ihren Atombahnen und bewegen sich frei im Kristallgitter aus positiv geladenen Ionen. Dadurch entsteht ein nahezu kontinuierlicher Elektronenschaum, der das Metall durchdringt. Das Elektronenmeer erklärt, warum Metalle gute elektrische und thermische Leiter sind und oft formbar bleiben.

In metallischen Kristallen bleiben die Ionenkerne fest angeordnet, während die freigewordenen Elektronen als Konduktions- oder Valenzelektronen über das Material verteilt sind. Die Elektronen wirken als Abschirmung gegen äußere Felder und ermöglichen den Ladungs- und Wärmetransport. Historisch wurden das freie Elektronenmodell (Drude) und seine quantenmechanische Erweiterung (Sommerfeld) entwickelt; später zeigte die Bandtheorie, dass Elektronenzustände in Bändern vorliegen und teils gefüllte Bänder Leitfähigkeit ermöglichen.

Eigenschaften des Elektronenmeeres sind hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit, metallischer Glanz und Verformbarkeit. Mit steigender Temperatur nimmt die Leitfähigkeit meist ab, weil Elektronen stärker durch Phononen gestreut werden. Legierungen und Kristallfehler beeinflussen das Elektronenmeer und damit die Leitfähigkeit. Die Vorstellung ist eine hilfreiche Vereinfachung; in vielen Materialien liefern Bandstruktur und Quantenmodelle eine detailliertere Beschreibung des elektronischen Zustands, insbesondere in Halbleitern und komplexen Legierungen.