article Related Topics:
Metalloids :: Metallica :: Metallic_Deposits :: Metallurgy :: Metallized
 

Gallium1 640x480.jpg]] 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 Metalle 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. Die Nebengruppenelemente sind ausnahmslos Metalle.

Metalle in der Chemie

Grundsätzliches

Metallatome sind durch folgende Eigenschaften gekennzeichnet:

Daraus ergibt sich, dass Metallatome sich nicht wie viele Nichtmetalle über Atombindungen zu Molekülen oder Gittern verbinden können. Allenfalls in Metalldämpfen kommen solche Atombindungen vor, z. B. besteht Natriumdampf zu etwa 1 % aus Na2-Molekülen. Metalle ordnen sich vielmehr zu einem Metallgitter, in dem die Valenzelektronen über das ganze Gitter verteilt sind, man spricht auch von einem Elektronengas. In dem Elektronengas ordnen sich die positiv geladenen Atomrümpfe. Eine exaktere Betrachtung unter Berücksichtigung des Orbitalmodells liefert das Bändermodell.

In Verbindung mit Nichtmetallen treten die Metalle im Allgemeinen als Kationen auf, d. h. die äußeren Elektronen werden vollständig an die Nichtmetallatome abgegeben und es bildet sich eine Ionenverbindung (Salz). In einem Ionengitter werden die Ionen nur durch elektrostatische Kräfte zusammengehalten.

Eigenschaften

Aus der Bindungsart und dem Gitteraufbau resultieren folgende typische Eigenschaften der Metalle:

  • Undurchsichtigkeit durch leicht verschiebbare Elektronen (dadurch, dass die Elektronen nicht an bestimmte Energieniveaus (Orbitale) gebunden sind, sondern frei in Form eines Elektronengases vorkommen, können sie viele Wellenlängen absorbieren und haben deshalb eine grau bis schwarze Farbe)
  • Glanz, bedingt durch leicht verschiebbare Elektronen an der Oberfläche (dadurch dass die Elektronen nicht an bestimmte Energieniveaus (Orbitale) gebunden sind, sondern frei in Form eines Elektronengases vorkommen, können sie die ganze zuvor aufgenommene Energie wieder emittieren. So entsteht der Glanz)
  • Gute Verformbarkeit (Duktilität): Im Metallgitter befinden sich Versetzungen, die sich schon bei einer Spannung unterhalb der Trennspannung bewegen können; je nach Gittertyp verformt sich also ein Metall eher, als dass es bricht
  • Hoher Schmelzpunkt durch die allseitig gerichteten Bindungskräfte
  • Gute Elektrische Leitfähigkeit durch leicht verschiebbare Elektronen
  • Gute Thermische Leitfähigkeit durch leicht verschiebbare Elektronen

Schmelz- und Siedetemperaturen

Die folgende Tabelle zeigt die Schmelz- und Siedetemperaturen einiger Metalle (in °C bei Normaldruck):

{|
!Metall !!Schmelztemperatur !! Siedetemperatur Aluminium 659 2467 Wolfram 3422 5555 Eisen 1536 3070 Magnesium 650 1120 Kupfer 1083 2595 Zinn 231,9 2687 Blei 327,4 1751 Zink 419,5 907

Als hochschmelzend bezeichnet man Metalle, deren Schmelzpunkt TE über 2000K bzw. über dem Schmelzpunkt von Platin (TE-Platin = 2045K = 1772°C) liegt.

Dazu gehören die Edelmetalle Ruthenium, Rhodium, Osmium und Iridium und Metalle der Gruppen IVA (Zirkonium, Hafnium), VA (Vanadium, Niob, Tantal), VIA (Chrom, Molybdän, Wolfram) und VIIA (Technetium, Rhenium).

Wärmeleiteigenschaften

Die für die Wärmeleitung relevanten Eigenschaften wie Dichte, Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit und Temperaturleitfähigkeit variieren stark. So hat etwa Silber mit 427 W/(m K) eine ca. 20-fach höhere Wärmeleitfähigkeit als Mangan. Weitere Werte.

Einteilung

Traditionell unterteilt man Metalle nach der Dichte in Schwermetalle und Leichtmetalle und nach der Reaktivität in Edelmetalle und unedle Metalle. Siehe hierzu auch den Hauptartikel Metallischer Werkstoff.

Daneben ist gerade für das chemische Verhalten die Zugehörigkeit zu Haupt- oder Nebengruppen des Periodensystems entscheidend.

H  He
LiBe  B C N O F Ne
NaMg  AlSiP S ClAr
K CaSc TiV CrMnFeCoNiCuZnGaGe AsSeBrKr
RbSrY   ZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeI Xe
CsBaLa* HfTaW ReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRn
FrRaAc** RfDbSgBhHsMtDsRg
 
  * CePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu
  **ThPaU NpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr

Leichtmetalle < 5 g/cm³ Schwermetalle < 10 g/cm³ Schwermetalle > 10 g/cm³

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, Calcium, Magnesium, Natrium und Kalium. Viele seltene Metalle treten aber in ihren Abbaustätten stark angereichert auf. 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 heißen Legierungen. Diese haben oft 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, außer bei der Herstellung elektrischer Leitungen, da reine Metalle die größte Leitfähigkeit besitzen. Hier werden unlegierte Metalle verwendet, vor allem Kupfer und Aluminium.

Mit vielen Nichtmetallen werden Ionenverbindungen eingegangen, wobei aber gerade bei Übergangsmetallen und bei größeren Anionen (wie dem Sulfid-Ion) alle Übergangsstufen 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 Liste enthält die wichtigsten Metalle und Legierungsbestandteile, keine Verbindungen.

Metall als zivilisatorisches Entwicklungsmerkmal

Anhand der Nutzungs- und Verarbeitungsweisen von Metallen werden wichtige Epochen der Menscheitsgeschichte unterschieden.

Im Allgemeinen sind dies:

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 durch den Urknall entstanden sind. Alle weiteren Elemente entstanden später, zum Beispiel in Sternen durch Kernfusion oder durch Supernovae. Die Metallizität von Objekten des Weltraums kann daher als Indikator für seine stellare Aktivität aufgefasst werden.

Metall in der Chinesischen Philosophie

Metall bezeichnet ein Element der traditionellen Fünf-Elemente-Lehre.

Siehe auch

Weblinks

  • Animationen der Atome von Metallen und Nichtmetallen: http://www.physik.rwth-aachen.de/~harm/aixphysik/atom/Periodic/index.html

Metall | Metallverarbeitung

فلز (توضيح) | Метал | Metall | Kov | Metel | Metal | Μέταλλα | Metal | Metalo | Metal | Metallid | فلز | Metalli | Métal | מתכת | Metali | Fémek | Logam | Málmur | Metallo | 金属 | 금속 | Lajwerd | Metallum | Metall | Metalai | Metāls | Logam | Metall | Metaal | Metall | Metall | Metale (chemia) | Metal | Metal | Металлы | Metal (hemija) | Metal | Kovina | Метал (хемија) | Metall | உலோகம் | โลหะ | Metal | Metal (kimya) | مېتلا | Метали | Kim loại | 金属 | 金屬

 

This article is licensed under the GNU Free Documentation License. It uses material from the "Metall".

Home Page • arts • business • computers • games • health • hospitals • home • kids & teens • news • physicians • recreation• reference • regional • science • shopping • society • sports • world