Welche Art von Bindung tritt in Wolfram auf?

Wolfram ist das 74. Element des Periodensystems und ist ein dichtes graues Metall mit einem sehr hohen Schmelzpunkt. Es ist am besten für seine Verwendung in Glühfäden in Glühbirnen bekannt, aber seine größte Verwendung findet sich in der Herstellung von Wolframkarbiden sowie einer Reihe anderer Anwendungen. Die Bindungen, die Atome in elementarer Form zusammenhalten, sind ein Beispiel für metallische Bindungen.

Elektronen um Atome besetzen Raumregionen, die Orbitale genannt werden; die Anordnung der Elektronen in den verschiedenen Orbitalen eines Atoms wird als Elektronenkonfiguration bezeichnet. Freie Wolframatome in ihrem Grundzustand – der niedrigsten Energiekonfiguration – haben eine vollständig gefüllte 4f-Unterschale, vier Elektronen in der 5d-Unterschale und zwei Elektronen in der 6s-Unterschale. Diese Elektronenkonfiguration kann wie folgt abgekürzt werden: 5d4 6s2. Im Kristall weist die Grundzustandskonfiguration jedoch tatsächlich fünf Elektronen in der 5d-Unterschale und nur ein Elektron in der 6s-Unterschale auf. Die 5d-Orbitale können an starken kovalenten Bindungen teilnehmen, bei denen Elektronen zwischen Atomen geteilt werden, aber die Elektronen bleiben lokalisiert – beschränkt auf das Atom, zu dem sie gehören, oder auf Regionen zwischen benachbarten Atome.

Die s-Elektronen hingegen werden viel stärker delokalisiert, so dass man sie sich als ein Meer von Elektronen vorstellen kann, die sich über das Metall verteilen. Diese Elektronen sind nicht auf ein einzelnes Wolframatom beschränkt, sondern teilen sich viele von ihnen. In diesem Sinne ähnelt der Wolframmetallblock ein wenig einem sehr großen Molekül; Die Kombination von Orbitalen aus vielen Wolframatomen erzeugt viele eng benachbarte Energieniveaus, die für Elektronen zur Verfügung stehen. Diese Form der Bindung wird als metallische Bindung bezeichnet.

Metallische Bindung hilft, die Eigenschaften von Metallen wie Wolfram zu erklären. Die Metallatome sind nicht wie die Atome in einem Diamantkristall in ein starres Gerüst eingespannt, daher ist reines Wolfram wie andere Metalle formbar und duktil. Die delokalisierten Elektronen helfen, alle Wolframatome zusammenzuhalten. Wolfram kommt in verschiedenen Strukturen vor: Alpha-, Beta- und Gamma-Wolfram. Alpha ist die stabilste von diesen, und beim Erhitzen wandelt sich die Beta-Struktur in die Alpha-Struktur um.

Wolfram kann mit verschiedenen nichtmetallischen Elementen und Liganden Verbindungen und Koordinationskomplexe bilden. Die Bindungen in diesen Verbindungen sind kovalent, was bedeutet, dass Elektronen zwischen Atomen geteilt werden. Sein Oxidationszustand – die Ladung, die es hätte, wenn alle von ihm gebildeten Bindungen vollständig ionisch wären – kann in diesen Verbindungen von -2 bis +6 reichen. Bei hohen Temperaturen oxidiert es leicht, weshalb Glühbirnen immer mit einem Inertgas gefüllt sind, da sonst der Wolframfaden mit der Luft reagieren würde.