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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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