Magnesium hat zwei Valenzelektronen, und das aus den 3s-Orbitalen gebildete Band ist mit zwei Elektronen pro Atom gerade vollständig besetzt. Welche Aussage erklärt richtig, warum Magnesium trotzdem ein Metall ist?

Lösung: C. Das 3s-Band überlappt mit dem leeren 3p-Band, sodass direkt oberhalb des Fermi-Niveaus lückenlos freie Zustände liegen

Im Festkörper verbreitern sich die 3s- und die 3p-Orbitale der Atome jeweils zu Bändern, und bei Magnesium überlappen ihre Energiebereiche. Die Elektronen besetzen daher bereits Zustände im 3p-Band, bevor das 3s-Band ganz gefüllt ist; da direkt oberhalb des Fermi-Niveaus ununterbrochen freie Zustände vorhanden sind, werden die Elektronen schon durch ein schwaches elektrisches Feld beschleunigt, und es fließt Strom. Ein solches Metall entsteht durch Bandüberlappung. Gäbe es eine Lücke von ca. 1 eV, würde Magnesium Halbleitereigenschaften zeigen, und seine Leitfähigkeit müsste bei tiefen Temperaturen sinken. Auch die Vorstellung stark gebundener Valenzelektronen kann die metallische Leitfähigkeit nicht erklären. Be und Ca, die ebenfalls zur 2. Gruppe gehören, sind aus demselben Grund Metalle.