Diese Frage wollte ich schon seit einiger Zeit stellen. Sie lernen in der Festkörpertheorie, dass das Modell der freien Elektronen der Grund dafür ist, dass Metalle elektrischen Strom leiten. Die Elektronenorbitale delokalisieren und Elektronen können sich frei im Metallionengitter bewegen. Dieses Modell scheint für feste Metalle gut zu funktionieren, aber es gibt flüssige Metalle, und sie scheinen elektrischen Strom auf die gleiche Weise zu leiten wie ihre festen Verwandten. Aber in einer Flüssigkeit bewegen sich die Atome ähnlich wie in einem Gas, aber mit etwas mehr Streuung zwischen den Atomen. Ist das falsch für ein flüssiges Metall? Ich denke schon; Dort müssen auch freie Elektronen vorhanden sein. Ist also ein Flüssigmetall wirklich eine Ionenflüssigkeit?
Selbst in flüssigen Metallen wird der Strom hauptsächlich von Elektronen getragen, Ionen sind im Vergleich einfach zu schwer, um eine große Rolle bei der Leitung zu spielen (obwohl die Situation in polaren Flüssigkeiten anders ist).
Der Unterschied zwischen Elektronen in einem Feststoff (z. B. Kupferdraht in Ihrem Telefon) und in einem flüssigen Metall besteht darin, dass die Streurate in einer Flüssigkeit sehr hoch ist, sodass normalerweise der Widerstand steigt, obwohl dies bei einigen schlechten Metallen wie Wismut nicht der Fall ist nicht wahr.
Normalerweise haben Metalle große Bandbreiten (in der Größenordnung von Elektronenvolt), und so können Sie selbst bei Temperaturen über 1000 K erwarten, dass die Bindung von Elektronen delokalisiert und größtenteils intakt ist. In diesem Sinne unterscheidet sich die Leitung nicht allzu sehr von einem amorphen Metall, wo Elektronen delokalisiert sind, aber es gibt eine starke Streuung durch Unordnung. Die Zeitskalen für Flüssigkeiten und amorphe Metalle sind in Bezug auf die Ionenbewegung ziemlich unterschiedlich, aber was die elektronische Delokalisierung betrifft, sind sie ziemlich ähnlich.
Kurz gesagt, die Elektronen in flüssigen Metallen sind im Allgemeinen delokalisiert, genau wie in Festkörpern. Der Unterschied liegt in den Elektron-Ionen-Streuwechselwirkungen, die für flüssige Metalle aufgrund ihrer hohen Temperatur und fehlenden Ordnung typischerweise stärker sind. Ein experimenteller Beweis für diese Behauptung ist, dass sogar flüssige Metalle der Drude-Form für die optische Reaktion gehorchen (obwohl Sie die Elektron-Ionen-Wechselwirkungen entsprechend anpassen müssen), was bedeutet, dass die Elektronen nahezu frei sind.
Ich glaube nicht, dass Ihre Analogie, die flüssigen Metalle mit einem Gas zu vergleichen, richtig ist. In einem Gas sind die einzelnen Atome weit voneinander entfernt, damit sie in irgendeiner Weise interagieren können (außer wenn sie sich in unmittelbarer Nähe befinden). In einer Flüssigkeit gibt es immer Elektronenwolken-Wechselwirkungen mit den benachbarten Atomen, die dafür verantwortlich sind, dass sie in der flüssigen Phase bleiben.
Bei flüssigen Metallen haben die Metallatome genug Energie, um einige Elektronen freizusetzen, die an der Leitung teilnehmen können. Außerdem ist der Leitungsmechanismus in diesem Fall völlig anders, da die Ionen nicht mehr stationär sind und die Elektronen häufiger auf die Atome stoßen. Daher können die flüssigen Metalle den Strom nicht auf die gleiche Weise leiten wie ihre festen Gegenstücke.
Quilo