Metalle

Was sind Metalle?

Metalle sind chemische Elemente. Sie lassen sich im Periodensystem links und unterhalb der Trennungslinie von Bor bis Polonium finden. Etwa 80 % der Elemente sind Metalle, wie zum Beispiel Aluminium (Al), Kupfer (Cu) und Gold (Au). Der Übergang von Metallen zu Nichtmetallen verläuft über die Halbmetalle.

Die Eigenschaften von Metallen sind:

• hohe elektrische Leitfähigkeit
• gute Wärmeleitfähigkeit
• metallischer Glanz
• Verformbarkeit

Wegen ihrer Eigenschaften findest du Metalle oft im Alltag wieder, zum Beispiel in Kochtöpfen oder elektronischen Geräten. Die Eigenschaften beruhen darauf, dass die einzelnen Metallatome über die sogenannte Metallbindung zusammengehalten werden.

Übrigens: Werden Metalle geschmolzen und vermischt, entsteht eine Legierung. Das ist ein Stoffgemisch aus mindestens einem Metall und anderen chemischen Elementen. Beispielsweise ist Messing eine Legierung aus Kupfer und Zink.

Metallarten

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

• Leicht- und Schwermetalle: Abhängig von der Dichte
• Edle und unedle Metalle: Abhängig von der Reaktivität

Je nach Dichte der Metalle unterscheidest du zwischen Leichtmetallen (z. B. Aluminium Al) und Schwermetallen (z. B. Blei Pb). 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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Im Periodensystem der Elemente sind die Metalle auf der linken Seite und unterhalb der Linie von Bor (B) bis Polonium (Po) zu finden. In der oberen rechten Ecke befinden sich die Nichtmetalle, während die Halbmetalle dazwischen liegen. Alle Elemente in den Nebengruppen sind Metalle.

Gitterstruktur und Eigenschaften von Metallen

Metalle haben viele charakteristischen Eigenschaften. Sie werden durch die besondere Struktur von Metallen hervorgerufen: dem Metallgitter.

Metallgitter

Metallatome sind in einer gitterartigen Struktur angeordnet und bilden so ein Metallgitter, ähnlich wie Salze ein Ionengitter bilden. Es gibt jedoch einige Unterschiede. Im Gegensatz zu Salzen sind es bei Metallen nur die Atomkerne und die inneren Elektronen, die in einer gitterartigen Struktur angeordnet sind.

Die äußeren Elektronen hingegen können sich leicht vom Atom lösen und werden von den Atomkernen hin- und hergezogen. Die Elektronen bilden eine frei bewegliche Elektronenwolke, die zwischen den Atomkernen hindurch schwirrt.

So wie bei den Salzen die Ionenbindungen das Gitter zusammenhält, sorgen auch bei Metallen sehr starke Kräfte für den Zusammenhalt des Gitters. Diese Kräfte wirken zwischen den positiv geladenen Atomkernen (Atomrümpfe) und der Elektronenwolke und werden Metallbindungen genannt.

Eigenschaften von Metallen

Die Metallbindungen und die Gitterstruktur sind für viele der folgenden Eigenschaften verantwortlich:

• Leitfähigkeit: Metalle sind gute Leiter für Wärme und Elektrizität. Die Elektronen der Elektronenwolke können sich frei bewegen. Das ermöglicht ihnen, Energie in Form von Wärme oder Elektrizität effizient zu transportieren.
• Verformbarkeit: Die Atome der Metalle sind in einem Gitter angeordnet. Die Atome können verschoben werden, ohne dass sich ihre Bindung löst.
• metallischer Glanz: Die frei beweglichen Elektronen sind in der Lage, das Licht, was auf sie einstrahlt, genauso wieder abzugeben (emittieren). Auf die Weise entstehen ein Glanz und ein 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.
• hoher Schmelzpunkt: Die Metallbindung ist eine sehr starke Bindung, die die Gitterstruktur der Metalle zusammenhält. Deshalb benötigst du häufig höhere Temperaturen, um Metalle zu schmelzen. Eine Ausnahme sind jedoch die Alkalimetalle.

Je nach Metallart zählst du noch weitere Eigenschaften dazu:

• Korrosionsbeständigkeit (geringe Anfälligkeit für Zersetzung)
• Robustheit
• Biegsamkeit
• Stabilität 

Vorkommen von Metallen

Du kannst Metalle überall auf der Welt und sogar in deinem Körper finden! Hier findest du eine Liste mit dem Vorkommen von Metallen:

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

Verwendung

Metalle begegnen dir überall im Alltag, denn sie sind ein äußerst nützlicher und vielseitiger Rohstoff. Einige Verwendungsmöglichkeiten findest du hier 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 in deinem Besitz bestehen aus verschiedenen Metallen wie Kupfer, Gold oder Silber. Sie nennst du deshalb auch Münzmetalle.
• Verpackungsmaterial: Metalle wie Aluminium werden auch für Verpackungen verwendet.
• Elektrotechnik: Weil Metalle äußerst leitfähig sind, werden sie hier oft als Leiter 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. Sie heißen auch auch ferromagnetische Metalle. Sie werden beispielsweise für Dauermagnete oder Elektromotoren verwendet.

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Gut zu wissen: Die Verwendung von Metall kann bis in prähistorische Zeiten zurückverfolgt werden. Damals wurden primitive Werkzeuge, aber auch Waffen und Schmuck daraus hergestellt.

Metalle Beispiele

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 brauchst du eine Temperatur von ungefähr 660°C, um Aluminium zu schmelzen. 

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

Silber

Silber ist ebenfalls ein weiches Metall, das zudem noch gut dehnbar ist. Es weist eine Dichte von 10,5 g/cm³ (> 5 g/cm³) auf, weshalb es zu den Schwermetallen gehört. 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 reines Silber zu weich ist.

Gold

Gold ist ein gelbglänzendes, weiches Metall. Es ist ebenfalls 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 großflächig in der Schmuckindustrie verwendet. Aber auch pures Gold wäre zu weich für Schmuck, deshalb werden dafür Gold-Legierungen benutzt.

Metalle — häufigste Fragen

• Was sind Metalle?
  Metalle sind chemische Elemente. Sie sind die Elemente links und unterhalb der Trennungslinie von Bor bis Polonium im Periodensystem. Etwa 80 % der Elemente sind Metalle, wie zum Beispiel Aluminium (Al), Kupfer (Cu) und Gold (Au). Der Übergang von Metallen zu Nichtmetallen verläuft über Halbmetalle.
   
• Was sind die Eigenschaften von Metallen?
  Alle Metalle haben grundsätzlich eine gute Wärme- und Stromleitfähigkeit. Zudem glänzen sie und sind gut verformbar. Allerdings sind diese Eigenschaften je nach Metallart unterschiedlich stark ausgeprägt.
   
• Welche Arten von Metall gibt es?
  Das sind die bekanntesten Metalle und Legierungen:
  • Aluminium
  • Bronze
  • Chrom
  • Edelstahl
  • Eisen
  • Gold
  • Kupfer
  • Messing

Redoxreihe der Metalle

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