Metallische Bindungen sind die chemischen Bindungen, die Atome in Metallen zusammenhalten. Sie unterscheiden sich von kovalenten und ionischen Bindungen dadurch, dass die Elektronen bei der metallischen Bindung delokalisiert sind, das heißt, sie werden nicht nur von zwei Atomen geteilt. Stattdessen schweben die Elektronen in metallischen Bindungen frei durch das Gitter der Metallkerne. Diese Art der Verbindung verleiht Metallen viele einzigartige Materialeigenschaften, einschließlich ausgezeichneter thermischer und elektrischer Leitfähigkeit, hoher Schmelzpunkte und Formbarkeit.
In den meisten Metallen sind Atome dicht beieinander gepackt, sodass jedes Atom mehrere andere Atome berührt und ein Gitter entsteht. Die Elektronen jedes Atoms teilen sich in den Orbitalen der umgebenden Atome. Dadurch können Elektronen durch das Gitter von ihren Mutteratomen weg wandern, die dann neue Elektronen aufnehmen.
Die Metallatome in der Gitterstruktur sind immer vollständige Atome, keine Ionen. Obwohl ihre positiv geladenen Kerne Elektronen anziehen, werden sie technisch nie zu Ionen, da sie keine Elektronen verlieren. Für jedes Elektron, das von einem anderen Atom in der Struktur angezogen wird, nimmt ein neues Elektron seinen Platz im ursprünglichen Orbital ein.
Abhängig von der Art des Metalls und der Organisation seiner Gitterstruktur können metallische Bindungen unterschiedlich stark sein. Eng gepackte Atome erzeugen stärkere metallische Bindungen als weniger dicht gepackte Atome. Metalle mit einer größeren Anzahl von Elektronen werden auch stärker sein als solche mit einem dünn besiedelten Elektronenmeer. Je stärker die metallische Bindung ist, desto höher ist der Schmelzpunkt des Metalls.
Die metallische Bindung verleiht Metallen auch eine ausgezeichnete Leitfähigkeit. Dies liegt daran, dass sich die delokalisierten Elektronen frei durch das Metallgitter bewegen können und dabei schnell Energie in Form von Wärme oder Elektrizität transportieren. Bestimmte Metalle haben Elektronenkonfigurationen, die sie zu besonders guten Leitern machen – ihre Elektronen werden leicht von einem Atom zum anderen übertragen. Kupfer ist einer der besten Leiter und wird aufgrund seiner geringen Kosten häufig in der Verkabelung und anderen elektrischen Anwendungen verwendet.
Einer der vielleicht größten Vorteile von Metallen in der Materialwissenschaft ist ihre Fähigkeit, in Formen oder dünne Drähte geformt zu werden. Die Formbarkeit von Metall ist auf die metallische Bindung zurückzuführen. Bei Krafteinwirkung kann sich das Metall verformen, ohne zu zerbrechen, da die delokalisierten Elektronen auf andere Atome übertragen werden und die Atome ohne starke Abstoßung aneinander vorbeirollen können. Als Beispiel ist es nützlich, sich vorzustellen, einen Zementblock in eine Grube mit Gummibällen zu senken – die Bälle brechen nicht, sie ordnen sich einfach neu an. Die metallische Bindung ermöglicht es dem metallischen Festkörper, sich in analoger Weise neu anzuordnen.