Grundlagen der Metallchemie

Inhaltsverzeichnis zum Thema

• Eigenschaften der Metalle
• Verwendung von Metallen
• Metallherstellung
• Metallbindung

Eigenschaften der Metalle

Metalle nehmen im Leben der Menschen schon sehr lange einen wichtigen Platz ein. Sie sind in der Erdkruste mit einem hohen Anteil vorhanden. Kein Wunder, denn ein großer Teil der bekannten Elemente sind Metalle.

Im Periodensystem der Elemente stehen sie in der I. und II. Hauptgruppe, in den Nebengruppen und in den unteren Perioden der IV. bis VI. Hauptgruppe. Man findet die meisten Metalle allerdings nicht in Reinform in der Natur vor. Sie sind gebunden in Verbindungen, den Mineralien oder auch Erzen.

Aufgrund ihrer Eigenschaften sind Metalle schon lange begehrte Rohstoffe. Als Erstes denkst du bestimmt an den metallischen Glanz und die hohe Festigkeit vieler Metalle.

Aber sie haben noch andere tolle Eigenheiten, die nicht sofort ins Auge stechen. Da sind zum Beispiel die gute Wärme- und elektrische Leitfähigkeit. Außerdem sind Metalle gut bearbeit- und formbar und besitzen meist einen hohen Schmelzpunkt.

Verwendung von Metallen

Die moderne Zivilisation könnte kaum ohne die Verwendung von Metallen auskommen. Sie umgeben uns jeden Tag. So benutzt die Bauindustrie Massen von Stahlbeton, um stabile, hohe Gebäude zu errichten. Dazu wird eine Armierung aus Stahl in den Beton gelegt und weiterer Beton darüber gegossen. Das verleiht dem Bauwerk Festigkeit und gleichzeitig Flexibilität.

Auch der heutige Schiffsbau beruht auf dem Metall Eisen. Ohne die großtechnische Herstellung von Stahl aus Eisen müssten die Schiffe immer noch aus Holz gefertigt werden und hätten die Ausmaße der Riesentanker nie erreichen können.

Die gute elektrische Leitfähigkeit macht man sich für Drähte zunutze. Viele der heute benutzten Kabel sind aus Kupfer gefertigt. Mit ihnen kann elektrischer Strom über größere Distanzen transportiert werden.

Metallische Gegenstände aus grauer Vorzeit wurden gefunden, was zeigt, dass die Menschen schon sehr lange die Fähigkeit besitzen, Metalle in ihrer Reinform herzustellen. So wurden Werkzeuge, Alltagsgegenstände wie Schüsseln oder Kämme aus ihnen hergestellt. Aufgrund der hohen Festigkeit der Metalle eignen sie sich allerdings auch als Rohstoff für Waffen und Rüstungen. Aber auch Schmuck kann aus ihnen hergestellt werden.

Metallherstellung

Das wichtigste Metall der Menschen ist das Eisen. Ganze Industriezweige sind um dieses Metall herum entstanden. Der Abbau und die Verarbeitung ließ Städte und Ballungsräume entstehen. Die Eisenherstellung verläuft im Hochofenprozess. Dabei wird das Eisenerz zusammen mit Kohlenstoff in einem hohen Ofen mit verschiedenen Temperaturzonen zur Reaktion gebracht.

Ein weiteres wichtiges Metall ist das Aluminium. Es wird auf eine völlig andere Weise gewonnen, durch die Schmelzflusselektrolyse. Dabei wird das Aluminiumsalz geschmolzen und eine Spannung wird angelegt. Die Aluminium-Ionen in der Schmelze wandern zum negativen Pol (Kathode) und scheiden sich dort als elementares Aluminium ab. Allgemein müssen unedle Metalle reduziert werden, sprich sie müssen Elektronen aufnehmen, damit sie in Reinform vorliegen.

Edle Metalle dagegen findet man direkt in elementarer Form in der Natur. So ist es möglich, in einer Gegend mit Goldvorkommen kleine Nuggets puren Goldes in Flüssen zu finden.

Metallbindung

Wie sieht es aber im Inneren der Metalle aus? Die Metalle werden durch die sogenannte Metallbindung zusammengehalten. Dabei sind die Außenelektronen der Metallatome nicht an diese fest gebunden, sondern bilden ein Elektronengas, in dem sie frei beweglich im ganzen Festkörper verteilt sind. Die Atome liegen aufgrund des Fehlens der Außenelektronen als Atomrümpfe (positive Ionen) vor.

Mithilfe dieses Modells der Metallbindung lassen sich viele Eigenschaften der Metalle erklären. Die gute elektrische Leitfähigkeit beruht auf den frei beweglichen Elektronen. Sie können den elektrischen Strom durch das ganze Metall hindurch transportieren. Die hohe Festigkeit erklärt sich durch die elektrostatische Wechselwirkung zwischen den positiven Metall-Ionen und den negativ geladenen Elektronen. Der Glanz beruht auf der Wechselwirkung der frei beweglichen Elektronen mit dem Licht.