Das klassische Modell der freien Elektronen

Das klassische Modell der freien Elektronen besteht aus Metallatomen, die in einer kristallinen Struktur angeordnet sind, die schwingen kann. Dieses Elektron hat eine gasähnliche Wahrnehmung von Elektronen. Anders als gewöhnliche Gasmoleküle. Diese Elektronen haben ihren Namen durch ihre freie Ladungen bekommen.

Die Geschwindigkeit des freien Elektrons ist 0 und es findet kein elektrisches Feld. Sobald allerdings ein elektrisches Feld auftritt, bewegen sich die freien Elektronen in Richtung des positiven Potenzials.

Diese Theorie erklärt, warum Metalle die Fähigkeit haben, Elektrizität zu leiten. Nach dieser Theorie sind mehr als die Hälfte der im Periodensystem vorkommenden Elemente Metalle.

Die Art der Struktur:

Das Modell der freien Elektronen soll das Verhalten der Valenzelektronen in einer kristallinen Struktur eines festen Metalls darstellen. Es gibt drei Kristallstrukturen:

- BCC → Zentriertes kubisches Gitter, die Atome befinden sich an den Eckpunkten in der Mitte des Würfels.

- FCC → kubisch-flächenzentriertes Gitter, die Atome befinden sich an den Ecken und Flächen des Würfels.

- HCP → Kompaktes hexagonales Gitter, das sich im Gegensatz zu den vorhergehenden Gittern am Scheitelpunkt eines hexagonalen Prismas befindet, wie auf dem folgenden Bild zu sehen ist:

Die Arten von Modellen und Theorien

Das klassische Modell der freien Elektronen wird von mehreren Modellen gebildet:

- Das Modell von Drude → Zwischen den Stößen bewegen sich die Elektronen frei, ohne sich mit anderen Elektromagneten zu verbinden. Die Annäherung der Elektromagneten unabhängig voneinander wird auch als freie Elektronen bezeichnet.

- Das Sommerfeld-Modell → In diesem Modell haben die Elektronen keine Beziehung zu den Atomkernen, sie sind wie freie Teilchen.

Es gibt 3 Theorien über das freie Elektron:

1. Die klassische Theorie der freien Elektronen = diese Theorie war die erste im Jahr 1900 und diejenige, die freie Elektronen enthält, die für die elektrische Leitfähigkeit verantwortlich sind.

2. Die Theorie der freien Quantenelektronen = aufbauend auf der vorhergehenden Theorie besagt diese 1928 aufgestellte Theorie, dass sich die Elektronen mit einem konstanten Potential frei bewegen.

3. Die Zonentheorie = hier stellt man fest, dass das Potenzial im Verhältnis zu drei steht. Diese Theorie ist als Bändertheorie der Festkörper bekannt.