Metalle

Was sind Metalle?

Metalle sind chemische Elemente. Die Eigenschaften von Metallen sind:

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

Wegen ihrer guten 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.

Im Periodensystem sind etwa 80% der Elemente Metalle. Beispiele für Metalle sind Aluminium (Al), Kupfer (Cu) und Gold (Au).

Mehrere Metalle können Legierungen bilden. Beispielsweise ist Messing eine Legierung aus Kupfer und Zink (Zn). Legierungen zählst du zu den Stoffgemischen.

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

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.

Edle und unedle Metalle kannst du 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!

Um alle Metalle im Periodensystem zu finden, kannst du dort eine Linie zur Abgrenzung einzeichnen. Die Linie geht von Bor (B) zu Polonium (Po). Alles, was links und unterhalb davon ist, gehört zu den Metallen.

direkt ins Video springen

Eigenschaften von Metallen

Die besonderen Eigenschaften verdanken die Metalle ihrer Bindung untereinander. Die Bindung zwischen Metallatomen 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 einem elektrischen Strom entspricht. 
• 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 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 häufig höhere Temperaturen, um Metalle zu schmelzen. Eine Ausnahme sind jedoch die Alkalimetalle.

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

• Korrosionsbeständigkeit (nicht so anfällig für eine Zersetzung) 
• Robustheit
• Biegsamkeit
• Stabilität

Vorkommen und Verwendung von Metallen

Im Folgenden werfen wir einen Blick darauf, wo und in welcher Form 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.

Verwendung von Metallen

• 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. Sie nennst du deshalb auch Münzmetalle.
• 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.

direkt ins Video springen

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 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, 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 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 bilden können. 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!