Metallbindung im Elektronengasmodell
Die Animation stellt ein Metall als regelmäßiges Gitter aus positiven Atomrümpfen dar, zwischen denen sich delokalisierte Valenzelektronen bewegen. Das Metall kann durch eine Scherverformung verändert werden, wobei die regelmäßige Gitterstruktur und der metallische Zusammenhalt erhalten bleiben. Eine zuschaltbare Spannungsquelle richtet die Elektronenbewegung vom Minus- zum Pluspol aus. Durch das Einschalten der Wärmequelle beginnen die Atomrümpfe stärker um ihre Gitterplätze zu schwingen. Dadurch werden die Elektronen häufiger abgelenkt und der Elektronenfluss wird gebremst. Alle Einflüsse lassen sich gleichzeitig untersuchen. Ein Graph zeigt anschaulich, wie sich Spannung und Erwärmung auf den Elektronenfluss auswirken. Optionale Erklärungen ordnen die Beobachtungen fachlich ein und weisen auf die Grenzen des Elektronengasmodells hin.
- Inhaltsart
- Simulation
- Lernniveau
- Sekundarstufe II
- Bearbeitungszeit
- ca. 15 Minuten
Lernziele
- Die Lernenden beschreiben den Aufbau eines Metalls als regelmäßiges Gitter aus positiven Atomrümpfen und delokalisierten Valenzelektronen.
- Die Lernenden erklären die Metallbindung als elektrostatische Anziehung zwischen positiven Atomrümpfen und delokalisierten Elektronen.
- Die Lernenden erklären die Verformbarkeit von Metallen mithilfe der ungerichteten Metallbindung.
- Die Lernenden erläutern, wie eine Spannungsquelle eine insgesamt gerichtete Bewegung der Elektronen erzeugt.
- Die Lernenden unterscheiden die Bewegungsrichtung der Elektronen von der technischen Stromrichtung.
- Die Lernenden erklären die elektrische Leitfähigkeit von Metallen mithilfe der beweglichen, delokalisierten Elektronen.
- Die Lernenden erläutern, warum stärkere Gitterschwingungen bei erhöhter Temperatur den Elektronenfluss behindern und den elektrischen Widerstand erhöhen.
- Die Lernenden benennen Grenzen des Elektronengasmodells als vereinfachte und nicht maßstäbliche Modellvorstellung.
Interaktiver Inhalt
Bedienhinweise
Die Teilchenbewegung startet automatisch und kann jederzeit pausiert werden. Über die Tempoauswahl lässt sich die Bewegung beschleunigen oder verlangsamen. Mit dem Schieberegler wird das Metallgitter verformt. Spannungs- und Wärmequelle können unabhängig voneinander ein- und ausgeschaltet sowie miteinander kombiniert werden. Der Graph zeigt, wie stark der Elektronenfluss zum Pluspol ist. Über „Erklärung einblenden“ können fachliche Erläuterungen und Modellhinweise geöffnet werden.
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