Metalle
Metalle sind die größte Gruppe der chemischen Elemente, etwa 80 % der Elemente sind Metalle. Sie sind im allgemeinen gute elektrische Leiter. Im Periodensystem der Elemente sind sie nicht bestimmten Reihen oder Perioden zugeordnet, vielmehr befinden sie sich links und unterhalb einer Linie vom Bor zum Polonium. Oben rechts befinden sich die Nichtmetalle, dazwischen die Halbmetalle.
Metalle in der Chemie
Metallcharakter
Metalle geben leicht Elektronen ab, weil sie niedrige Ionisierungsenergien haben, sie kommen deshalb meistens in positiven Oxidationsstufen vor. Metalle zeichnen sich außerdem im Aussehen durch ihren metallischen Glanz aus. Die Oberfläche kann jedoch in Folge von Passivierung (Reaktion mit Luftsauerstoff) mit einer Oxidschicht überzogen sein. Alle Metalle besitzen elektrische Leitfähigkeit, die mit dem Bändermodell erklärt werden kann.
Einteilung
Traditionell unterteilt man Metalle nach der Dichte in Schwermetalle und Leichtmetalle, nach der Reaktivität in Edelmetalle und unedle Metalle.
Daneben ist gerade für das chemische Verhalten die Zugehörigkeit zu Haupt- oder Nebengruppen des Periodensystems entscheidend.
Siehe auch: Refraktärmetalle
Vorkommen
Der Erdkern besteht zum größten Teil aus Eisen, da es das physikalisch stabilste Element ist.
In der Erdkruste dagegen überwiegen die Nichtmetalle, relativ häufige Metalle sind Aluminium, Eisen, Mangan, Titan, Kalzium, Magnesium, Natrium und Kalium. Viele seltene Metalle treten aber in ihren Abbaustätten stark angereichert auf, so dass sich ein Abbau lohnt.
Gesteine, die klassische Werkmetalle in abbauwürdigen Konzentrationen enthalten, werden Erze genannt. Zu den wichtigsten Erzen gehören:
Andere Metallverbindungen wie Kochsalz oder Kalk werden dagegen nicht als Erze bezeichnet.
Manche Edelmetalle, v. a. Gold, kommen auch gediegen, d. h. in reiner Form und nicht als Verbindung/Erz vor.
Verbindungen
Die Verbindungen oder auch Lösungen von verschiedenen Metallen miteinander heißen Legierungen. Diese haben z. T. völlig andere physikalische und chemische Eigenschaften als die reinen Metalle. Vor allem die Härte ist teilweise um Größenordnungen höher. Ebenso ist vielfach die Korrosionsbeständigkeit deutlich erhöht. Reine Metalle werden praktisch nicht verwendet.
Mit vielen Nichtmetallen werden Ionenverbindungen eingegangen, wobei aber gerade bei Übergangsmetallen beziehungsweise bei größeren Anionen wie dem Sulfid-Ion alle Übergängsstufen zur Atombindung vorkommen.
Mit Nichtmetallen wie Wasserstoff, Kohlenstoff und Stickstoff werden auch Einlagerungsverbindungen gebildet, wobei sich die Nichtmetallatome in Lücken des Metallgitters befinden, ohne dieses wesentlich zu verändern. Diese Einlagerungsverbindungen behalten die typischen Metalleigenschaften wie die Elektrische Leitfähigkeit.
Metallkationen, v. a. die der Nebengruppenmetalle, bilden mit Basen (Wasser, Ammoniak, Halogeniden, Cyanid u. v. a.) Komplexverbindungen, deren Stabilität nicht allein durch die elektrostatische Anziehung erklärt werden kann.
Metalle in höheren Oxidationsstufen bilden auch Komplexanionen, z. B. löst sich Chromtrioxid CrO3 in Kalilauge unter Bildung des Chromat-Anions CrO42-: CrO3 + 2 KOH -> K2CrO4 + H2O
Verwendung
Viele Metalle sind wichtige Werkstoffe. Unsere moderne Welt wäre ohne Metalle unmöglich. Nicht ohne Grund werden Phasen der Menschheitsentwicklung nach den verwendeten Werkstoffen als Steinzeit, Bronzezeit, Eisenzeit bezeichnet.
Die folgende Tabelle enthält die wichtigsten Metalle und Legierungsbestandteile, keine Verbindungen.
- Aluminium bedeutendstes Leichtmetall
- Beryllium
- Blei Legierungen, Bleiakkumulator
- Cadmium Bestandteil von Akkumulatoren
- Chrom Legierungsbestandteil (Chrom-Vanadium-Stahl, Chrom-Nickel-Stahl), Überzugsmetall
- Eisen wichtigstes Werkmetall (Gusseisen, Stahl)
- Gold Schmuckmetall, Blattgold, Elektrotechnik, Wertanlage, Währungsabsicherung
- Iridium
- Kalium legiert mit Natrium als Kühlmittel in Kernreaktoren
- Kobalt Magnete
- Kupfer Elektrotechnik (zweithöchste Leitfähigkeit nach Silber), Bronze, Messing
- Magnesium für besonders leichte Werkstücke mit nicht allzuhohen Ansprüchen an die Festigkeit
- Mangan Legierungsbestandteil (Manganstahl)
- Molybdän Legierungsbestandteil (Molybdän-Stahl) zur Erhöhung der Warmfestigkeit
- Natrium legiert mit Kalium als Kühlmittel in Kernreaktoren
- Nickel Liegierungen (Nickel-Eisen, Nickel-Chrom, Nickel-Kupfer etc.), Legierungsbestandteil (Chrom-Vanadium-Stahl, Chrom-Nickel-Stahl), Magnete
- Osmium legiert mit Wolfram in Glühlampen
- Palladium Wasserstoffspeicherung
- Platin Schmuckmetall, Katalyse
- Quecksilber Thermometer
- Rhodium Schmuckmetall
- Ruthenium
- Silber Schmuckmetall, Fotografie
- Tantal
- Titan für Leichtbauweise ohne Rücksicht auf die hohen Kosten
- Uran Kernreaktoren
- Vanadium Legierungsbestandteil (Chrom-Vanadium-Stahl) für wärmfeste Stähle
- Wismut
- Wolfram Glühlampen (höchster Schmelzpunkt aller Metalle), Spezialstähle, Wolframcarbid
- Zink Legierungsbestandteil (Messing)
- Zinn Legierungsbestandteil (Bronze), Lötzinn, Zinnfiguren
- Zirkonium
Metalle in der Astronomie
In der Astronomie bezeichnet Metall jedes chemische Element mit einer Ordnungszahl höher als Helium. Diese Unterscheidung ist sinnvoll, da Wasserstoff und Helium zusammen mit einigen Spuren von Lithium die einzigen Elemente sind, welche im Universum auftreten, ohne ein Produkt der Kernfusion innerhalb von Sternen zu sein. Die Metallizität von Objekten des Weltraums kann daher als Indikator für seine stellare Aktivität aufgefasst werden. Metalle haben einen ganzlich unterschiedlichen Schmelz- und Siedepunkt (von Art zu Art) wie z.B.: Alumium schmilzt bei 660 Grad C. und siedet bei 2467 und Wolfram schmilzt bei 3410 und siedet bei 5900 Grad C.
Metall in der Chinesischen Philosophie
Metall bezeichnet ein Element der traditionellen Chinesischen Philosophie.