Metalle

- Gallium
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:
Die Zahl der Elektronen in der äußeren Schale ist gering und kleiner als die Koordinationszahl
Die Ionisierungsenergie ist klein (< etwa 10 eV)
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 aus positiv geladenen Atomrümpfen, während die Valenzelektronen über das ganze Gitter verteilt sind. Keines dieser Elektronen gehört mehr zu einem bestimmten Kern, diese Elektronen sind frei beweglich, befinden sich in der „Leiterbahn“ und bilden ein „Elektronengas“: Die elektrische Leitfähigkeit und das „metallisch“ glänzende Aussehen mit den Eigenschaften, als Spiegel dienen zu können und undurchsichtig zu sein, sind die Kennzeichen dieser frei beweglichen Elektronen. 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
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 2687
Blei 327 1751
Zink 419 907
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).
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:
Oxide
Sulfide
Carbonate
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.
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.
Aluminium: bedeutendstes Leichtmetall
Beryllium: Legierungen, vor allem mit Kupfer und Alu, Waffentechnik
Bismut: Legierungen
Blei: Legierungen, Bleiakkumulator, Lote, Korrosionsschutz, Gewicht
Cadmium: Bestandteil von Akkumulatoren
Chrom: Legierungsbestandteil (Chrom-Vanadium-Stahl, Chrom-Nickel-Stahl), Überzugsmetall
Eisen: wichtigstes Werkmetall (Gusseisen, Stahl), viele Legierungen
Gallium: Halbleiter
Gold: Schmuckmetall, Blattgold, Elektrotechnik, Wertanlage, Währungsabsicherung
Indium: Halbleiter, Indiumdichtung
Iridium: Elektroden, Zündkerzen, Kugelschreiberminen (Kugeln)
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; Einweg-Blitzbirnen bzw. Blitzlichtpulver
Mangan: Legierungsbestandteil (Manganstahl)
Molybdän: Legierungsbestandteil (Molybdän-Stahl) zur Erhöhung der Warmfestigkeit
Natrium: legiert mit Kalium als Kühlmittel in Kernreaktoren
Nickel: Legierungen (Nickel-Eisen, Nickel-Chrom, Nickel-Kupfer etc.), Legierungsbestandteil (Chrom-Vanadium-Stahl, Chrom-Nickel-Stahl), Magnete
Osmium: legiert mit Wolfram in Glühlampen
Palladium: Katalyse, Wasserstoffspeicherung
Platin: Schmuckmetall, Katalyse, Wertvollstes Metall
Quecksilber: Thermometer
Rhodium: Schmuckmetall
Ruthenium: Katalysator, Erhöhung des Härtegrades von Platin und Palladium
Silber: Schmuckmetall, Fotografie
Tantal: Kondensatoren
Titan: für Leichtbauweise ohne Rücksicht auf die Kosten, Schmuck
Uran: Kernreaktoren, Radioaktivität, Geschosse
Vanadium: Legierungsbestandteil (Chrom-Vanadium-Stahl) für wärmfeste Stähle, Katalysator zur Synthetisierung von Schwefelsäure (Vanadium-V-Oxid)
Wolfram: Glühlampen (höchster Schmelzpunkt aller Metalle), Spezialstähle, Wolframcarbid
Zink: Legierungsbestandteil (Messing), Zinkdruckgussteile (Zamak-Legierung), Verzinkung von Stahlteile (Feuerverzinkung, Bandverzinken, ..)
Zinn: Legierungsbestandteil (Bronze), Lote (Lötzinn), Weißblech, Zinnfiguren
Zirkonium: Lambdasonde im Auto (Messung des Sauerstoffgehalts im Abgas)
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