Chemie Grundlagen

Metalle bilden eine Gruppe von chemischen Elementen. Welche Metalle es gibt und welche Eigenschaften sie haben, erfährst du in diesem Beitrag. %Hier geht's direkt zu unserem kurzen Video!

Inhaltsübersicht

Was sind Metalle?

Dein Essen für unterwegs kannst du zum Beispiel in eine Aluminiumfolie einpacken. Aluminium ist ein Metall. Zu den Metallen gehören unter anderem auch Kupfer oder Gold. Insgesamt sind rund 80% der Elemente des gesamten Periodensystems Metalle.

Sie werden durch eine Metallbindung zusammengehalten. Dabei handelt es sich um eine besondere Verknüpfung, die für ihre typischen Merkmale sorgt. Du kannst den Metallen daher folgende Eigenschaften zuordnen:

  • Wärmeleitfähigkeit
  • elektrische Leitfähigkeit
  • Verformbarkeit
  • metallischer Glanz

Metalle findest du oft im Alltag. Beispielsweise in der Aluminiumfolie, in Geldmünzen und sogar in deinem Körper (Eisen zum Sauerstofftransport).

Metalle Einteilung

Es gibt prinzipiell zwei unterschiedliche Möglichkeiten, wie du Metalle unterteilen kannst:

  • nach der Dichte in Leicht- und Schwermetalle
  • nach der Reaktivität in edle Metalle und unedle Metalle

Edle und unedle Metalle kannst du dann in der sogenannten Redoxreihe der Metalle auflisten. Dabei ordnest du meistens von edlen zu unedlen Metallen.  Aber welche Metalle gehören zu den edlen, und welche zu den unedlen Metallen? Schau dir unser Video zur elektrochemischen Spannungsreihe an und wir beantworten dir die Frage!

Zum Video: Elektrochemische Spannungsreihe
Zum Video: Elektrochemische Spannungsreihe

 

Um alle Metalle im Periodensystem zu finden, kannst du dort eine Linie einzeichnen. Die Linie geht von Bor (B) zu Polonium (Po). Alles, was links und unterhalb davon ist, gehört zu den Metallen. Je nach Dichte der Metalle unterscheidest du dann zwischen Leichtmetallen (z.B. Aluminium Al) und Schwermetallen (z.B. Gold Au). Als Leichtmetalle kannst du alle Metalle mit einer Dichte kleiner als 5 g/cm3 bezeichnen. Dementsprechend haben Schwermetalle eine Dichte gleich oder größer als 5 g/cm3.

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Periodensystem Metalle

Eigenschaften von Metallen

Metalle können sich untereinander zu Molekülen verbinden. Die Bindung nennst du Metallbindung. Dabei führen frei bewegliche Elektronen zu einem speziellen Aufbau von Metallen. Daraus ergeben sich die charakteristischen Eigenschaften:

  • hohe Wärmeleitfähigkeit von Metallen: die frei beweglichen Elektronen nehmen an der Wärmebewegung teil. 
  • hohe elektrische Leitfähigkeit: Die Elektronen können in eine Richtung wandern, was dem elektrischen Strom entspricht. 
  • Verformbarkeit: Die Atome der Metalle sind in einem Gitter angeordnet. Die Atome lassen sich verschieben, ohne dass sich ihre Bindung löst.
  • metallischer Glanz: Die frei beweglichen Elektronen sind in der Lage, das Licht, was auf sie einstrahlt, genauso wieder abgeben (emittieren). Auf die Weise entsteht ein Glanz und Spiegeleffekt (Reflexion). Deswegen kannst du aus glatten Metallflächen auch Spiegel anfertigen. 
  • Undurchsichtigkeit: Durch die Reflexion kann das Licht auch keine Metalle durchdringen. Aus dem Grund erscheinen Metalle meistens grau / schwarz.
  • relativ hoher Schmelzpunkt: Es herrscht eine relativ starke Bindung zwischen den Elektronen und den positiv geladenen Ionen (Kationen ) der Metalle. Deshalb benötigst du höhere Temperaturen, um Metalle zu schmelzen.

Je nach Metallart kannst du noch weitere positive Eigenschaften dazuzählen, wie:

  • Korrosionsbeständigkeit (nicht so anfällig für eine Zersetzung) 
  • Robustheit
  • Biegsamkeit
  • Stabilität  %Die Metallbindung ist also für die Eigenschaften von Metallen verantwortlich. Für eine genauere Erklärung der Gitterstruktur schau dir jetzt unser Video dazu an! %Thumbnail Metallbindung

Vorkommen und Verwendung von Metallen

Im Folgenden werfen wir einen Blick darauf, wo Metalle überall vorkommen:

  • im Erdkern:  Er besteht zum Großteil aus dem Metall Eisen (Fe).
  • in der Erdkruste: Hier findest du Metalle wie Aluminium (Al), Magnesium (Mg) und Natrium (Na).
  • in Erzen: Metalle findest du auch in Erzen wie Oxiden (Aluminiumoxid Al2O3), Sulfiden (Bleiglanz PbS) oder Carbonaten (Magnesiumcarbonat Mg2(CO3)2).
  • im menschlichen Körper: Hier dient Eisen als wichtiges Metall zum Sauerstofftransport und als Sauerstoffspeicher.

Und wofür werden Metalle verwendet? Sie finden in einigen Bereichen Anwendung. Ein paar Beispiele haben wir hier für dich aufgelistet:

  • Schmuckindustrie: Hier werden vor allem das Metall Gold, aber auch Legierungen wie Messing verwendet; beispielsweise für Halsketten oder Ohrringe.
  • Möbelbranche: Teilweise werden Möbel aus Stahl oder Aluminium gefertigt. 
  • Herstellung von Münzen: Alle Geldmünzen, die du besitzt, bestehen aus verschiedenen Metallen wie Kupfer, Gold oder Silber. 
  • Verpackungsmaterial: Metalle wie Aluminium werden auch für Verpackungen verwendet.
  • Elektrotechnik: Weil Metalle so leitfähig sind, werden sie hier oft verwendet. Zum Beispiel als Kupferdrähte.
  • Flugzeugbau: Auch hier spielt das Metall Aluminium eine wichtige Rolle. 
  • Magneten: Zu den magnetischen Metallen gehören Eisen, Nickel und Kobalt. Du nennst sie auch ferromagnetische Metalle. Sie werden beispielsweise für Dauermagnete oder Elektromotoren verwendet.
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Verwendung von Metallen Beispiele

Metallarten

Aber welche Metalle gibt es eigentlich? Hier haben wir eine Liste der gängigsten Metalle für dich:

  • Aluminium (Al)
  • Chrom (Cr)
  • Eisen (Fe)
  • Gold (Au)
  • Silber (Ag)
  • Kupfer (Cu)
  • Nickel (Ni)

Die Metalle werden häufig in der Industrie verwendet. Schauen wir uns ein paar der Beispiele genauer an:

Aluminium

Aluminium ist ein sehr leichtes, weiches, silberglänzendes Metall. Mit einer Dichte von 2,7 g/cm3 (< 5 g/cm3) gehört es zu den Leichtmetallen. Die Bindungen der einzelnen Atome sind aber trotzdem sehr stark. Deshalb du eine Temperatur von ungefähr 660°C aufbringen musst, um Aluminium zu schmelzen. 

Es ist Bestandteil vieler Edelsteine wie z.B. Saphire oder Rubine. Aluminium eignet sich auch gut für verschiedene Aluminium-Legierungen. Außerdem wird das Element häufig als Verpackungsmaterial (Alufolie) oder auch im Flugzeugbau eingesetzt. 

Silber

Ebenfalls ein weiches Metall, das zudem noch gut dehnbar ist. Silber weist eine Dichte von 10,5 g/cm3 (> 5 g/cm3) auf, wodurch du es bei den Schwermetallen einordnen kannst. Um Silber zum schmelzen zu bringen,  benötigst du ca. 961°C. 

Du erkennst Silber sofort an seiner charakteristischen Färbung und dem metallischen Glanz. Es wird unter anderem  in der Elektrotechnik eingesetzt, um Elektroden anzufertigen. In der Schmuckindustrie wird es nur als Legierung verwendet, da pures Silber zu weich ist. 

Gold

Unter Gold verstehst du ein gelbglänzendes, weiches Metall. Es ist – wie Silber – ein Schwermetall, da die Dichte 19,32 g/cm3 (> 5 g/cm3) beträgt. Die Schmelztemperatur ist mit 1063°C extrem hoch.

Gold ist gut dehnbar und wird daher auch viel in der Schmuckindustrie verwendet. Aber auch pures Gold wäre zu weich für Schmuck, deshalb werden dafür Gold-Legierungen benutzt. 

Metalle Legierung

Du weißt bereits, dass Metalle Legierungen wie beispielsweise Gold-Legierungen bilden können. Aber was kannst du dir darunter genau vorstellen?

Eine Legierung ist ein Stoffgemisch aus zwei oder mehreren Elementen, wovon mindestens eines ein Metall ist. Legierungen spielen in der Industrie eine sehr große Rolle, weil du durch das Vermischen von Elementen Stoffe mit „besseren“ Eigenschaften erhältst. 

Welche Eigenschaften das genau sind, erfährst du in unserem Video. Schau also direkt noch vorbei!

Zum Video: Legierung
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