Struktur und Eigenschaften der Metalle: Unterschied zwischen den Versionen

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Das Metallgitter und die sich darin frei beweglichen Elektronen sind die physikalischen Voraussetzungen
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== Vorkommen ==
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für die elektrische Leitfähigkeit der Metalle.
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Metalle haben schwache Anziehungskräfte auf ihre Elektronen, und kommen deshalb in der Natur nicht in elementarer Form vor, sondern als Ionen. Eine Ausnahme hiervon bilden die Edelmetalle, die nicht oder nur sehr langsam reagieren. Metalle können aber aus Erzen hergestellt werden, indem man ihnen die Elektronen zurückgibt. Letztlich werden jedoch alle so hergestellten Metalle über kurz oder lang vom Luftsauerstoff wieder oxidiert.
  
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'''Struktur'''  
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== Struktur ==  
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*Elektronen in und um das Metallgitter
 
  
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'''Eigenschaften'''
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Bei Metallen sind die Atomrümpfe (hier grün dargestellt) in einem Gitter angeordnet. Dieses Gitter ist sehr stabil (wenn auch empfindlich gegenüber Oxidation), aber im Gegensatz zum Ionengitter auch verformbar. Die Elektronen (blau dargestellt) befinden sich frei beweglich (Stichwort Elektronengas) zwischen den Atomrümpfen.
  
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== Edelmetalle ==
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[[Bild:Edelmetalle.jpg|thumb|right|Verschiedene Edelmetalle mit Symbol]]
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Edelmetalle zeichnen sich dadurch aus, dass sie gegenüber Oxidation und Säuren verglichen mit den meisten anderen Metallen aussergewöhnlich beständig sind.
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Diese seltene (und damit wertvolle) Eigenschaft entsteht dadurch, dass das [http://de.wikipedia.org/wiki/Normalpotential#Normalpotential Normalpotential] der Edelmetalle positiv gegenüber der Wasserstoffelektrode ist. Deswegen werden sie von Säuren nicht angegriffen. Alle "echten" Edelmetalle lassen sich dadurch prüfen, dass sie mit Salzsäure nicht reagieren.
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Der Grund wieso Edelmetalle auch mit dem Luftsauerstoff nicht reagieren, liegt darin, dass die Valenzorbitale bereits voll mit Elektronen belegt sind, die durch die stärkere Kernladung auch stärker angezogen werden, und deshalb nicht so leicht von Nichtmetallen "beraubt" werden können.
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Weiterhin ist für Edelmetalle typisch, dass viele ihrer Reaktionsprodukte thermisch nicht stabil sind.
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*Elektrische Leitfähigkeit
 
*Elektrische Leitfähigkeit
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(Voraussetzung: geladene und freibewegliche Teilchen. Die Voraussetzung erfüllen hier die Elektronen)
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**Voraussetzung: frei bewegliche geladene Teilchen. Dies trifft bei Metallen auf die Elektronen zu (siehe Abschnitt Struktur).
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*Glanz
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**Dadurch, dass die Elektronen frei beweglich sind, können sie alle energetischen Zustände annehmen. Sobald sie wieder in den geringeren Energiezustand zurückfallen, senden sie Licht aus. Deswegen können Metalle alle Farben des Spektrums reflektieren. Aus sehr glatten Metalloberflächen werden deshalb Spiegel hergestellt.
  
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[[image:Struktur_und_Eigenschaften_der_Metalle_-_Chemiewiki_Kanti-Baden_Page_1_Image_0001.jpg|thumb|right|Metallgitter]]
 
  
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[[Bild:Struktur_und_Eigenschaften_der_Metalle_-_Chemiewiki_Kanti-Baden_Page_2_Image_0001.jpg|thumb|right|Verformbarkeit des Metallgitters]]
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*Verformbarkeit
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**Durch das Metallgitter, das im Gegensatz zum Ionengitter nur aus den positiv geladenen Atomrümpfen besteht (die Elektronen befinden sich in den Zwischenräumen und können deshalb ausser Acht gelassen werden), ist es möglich Metalle plastisch zu verformen, ohne dass sie zerbrechen. Ionengitter zerbrechen, da bei einer Verbiegung gleiche Ladungen aufeinandertreffen.
  
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*Glanz --> Lichterscheinung --> die Elektronen sind angeregt, das Licht wird absorbiert. Die äusseren Elektronen sind so beweglich, dass sie alle enegetischen Zustände annehmen können. Wenn sie dann wieder in einen kleineren energetischen Zustand zurückfallen, reflektieren sie. Metalle können auch Farben spiegeln (nehmen die Farbe auf und geben sie wieder ab)
 
  
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'''Struktur''' 
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*Oxidation
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*Die Atomrümpfe werden von frei beweglichen Elektronen (auch als Elektronengas bezeichnet) umgeben, die wie Kitt fungieren: Wird Druck auf das Gitter ausgeübt, wird es verbogen, ohne dass es zerbricht.
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**Durch die verhältnismässig schwachen Anziehungskräfte auf die Elektronen der Valenzschale, können diese sehr leicht von Nichtmetallen "gestohlen" werden. Das Metall wird dann zum Ion (siehe Abschnitt Vorkommen) und weist andere Eigenschaften auf als das Metall in atomarer Form.
  
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[[image:Struktur_und_Eigenschaften_der_Metalle_-_Chemiewiki_Kanti-Baden_Page_2_Image_0001.jpg|thumb|right|]]
 
  
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* "Metalle sind Schwächlinge". Der Sauerstoff "klaut" dem Metall die Elektronen.
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*Thermische Leitfähigkeit
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**Die einzelnen Metall-Atome befinden sich im Gitter sehr nahe beieinander. Deswegen und wegen der frei beweglichen Elektronen werden Schwingungen schnell weitergegeben, was in einer sehr guten Wärmeleitfähigkeit resultiert.
  
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* Elektronen befinden sich im und um das Metallgitter
 
  
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'''Eigenschaften'''
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*Dichte
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**Durch das Elektronengas, welches zwischen den Atomrümpfen wie eine Art Kitt fungiert, ist das Metallgitter sehr dicht aufgebaut. Einen wichtigen Einfluss hat hierbei auch, dass die einzelnen Atome im Metallgitter im Gegensatz zum Ionengitter gleich gross sind, weshalb das Gitter auch geometrisch dichter gebaut ist. Dementsprechend ist das spezifische Gewicht von Metallen relativ hoch.
  
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* Metalle rosten bzw. oxidieren wegen den schwachen Anziehungskräften der Elektronen
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== Weblinks ==
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*[http://www.youtube.com/watch?v=IPV_fWRQqgw&feature=related Video zum Aufbau der Metalle]
  
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* Metalle leiten Wärme: Die Atome liegen nahe beieinander, wenn das eine schwingt, bringt es die nächsten auch ins Schwingen. Die Schwingung wird weitergegeben.
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== Quellen ==
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''' Text '''
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*Notizen aus dem Chemieunterricht
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*[http://de.wikipedia.org/wiki/Metalle Wikipedia: Metalle]
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*[http://de.wikipedia.org/wiki/Edelmetalle Wikipedia: Edelmetalle]
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''' Abbildungen '''
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*[http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php/Bild:Eisenerz.jpg Abbildung 1]: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/36/Banded_iron_formation.jpg
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*[http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php/Bild:Metallgitter.gif Abbildung 2]: http://www.elektronikinfo.de/techpic/strom/metallgitter.gif
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*[http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php/Bild:Edelmetalle.jpg Abbildung 3]: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/90/Edelmetalle.jpg
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*[http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php/Bild:Gallium.jpg Abbildung 4]: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0c/Gallium1_640x480.jpg

Aktuelle Version vom 22. Juni 2010, 22:42 Uhr

Vorkommen

Gebändertes Eisenerz

Metalle haben schwache Anziehungskräfte auf ihre Elektronen, und kommen deshalb in der Natur nicht in elementarer Form vor, sondern als Ionen. Eine Ausnahme hiervon bilden die Edelmetalle, die nicht oder nur sehr langsam reagieren. Metalle können aber aus Erzen hergestellt werden, indem man ihnen die Elektronen zurückgibt. Letztlich werden jedoch alle so hergestellten Metalle über kurz oder lang vom Luftsauerstoff wieder oxidiert.

Struktur

Struktur des Metallgitters

Bei Metallen sind die Atomrümpfe (hier grün dargestellt) in einem Gitter angeordnet. Dieses Gitter ist sehr stabil (wenn auch empfindlich gegenüber Oxidation), aber im Gegensatz zum Ionengitter auch verformbar. Die Elektronen (blau dargestellt) befinden sich frei beweglich (Stichwort Elektronengas) zwischen den Atomrümpfen.

Edelmetalle

Verschiedene Edelmetalle mit Symbol

Edelmetalle zeichnen sich dadurch aus, dass sie gegenüber Oxidation und Säuren verglichen mit den meisten anderen Metallen aussergewöhnlich beständig sind.

Diese seltene (und damit wertvolle) Eigenschaft entsteht dadurch, dass das Normalpotential der Edelmetalle positiv gegenüber der Wasserstoffelektrode ist. Deswegen werden sie von Säuren nicht angegriffen. Alle "echten" Edelmetalle lassen sich dadurch prüfen, dass sie mit Salzsäure nicht reagieren.

Der Grund wieso Edelmetalle auch mit dem Luftsauerstoff nicht reagieren, liegt darin, dass die Valenzorbitale bereits voll mit Elektronen belegt sind, die durch die stärkere Kernladung auch stärker angezogen werden, und deshalb nicht so leicht von Nichtmetallen "beraubt" werden können.

Weiterhin ist für Edelmetalle typisch, dass viele ihrer Reaktionsprodukte thermisch nicht stabil sind.

Eigenschaften

Beispiel für den metallischen Glanz
  • Elektrische Leitfähigkeit
    • Voraussetzung: frei bewegliche geladene Teilchen. Dies trifft bei Metallen auf die Elektronen zu (siehe Abschnitt Struktur).


  • Glanz
    • Dadurch, dass die Elektronen frei beweglich sind, können sie alle energetischen Zustände annehmen. Sobald sie wieder in den geringeren Energiezustand zurückfallen, senden sie Licht aus. Deswegen können Metalle alle Farben des Spektrums reflektieren. Aus sehr glatten Metalloberflächen werden deshalb Spiegel hergestellt.


Verformbarkeit des Metallgitters
  • Verformbarkeit
    • Durch das Metallgitter, das im Gegensatz zum Ionengitter nur aus den positiv geladenen Atomrümpfen besteht (die Elektronen befinden sich in den Zwischenräumen und können deshalb ausser Acht gelassen werden), ist es möglich Metalle plastisch zu verformen, ohne dass sie zerbrechen. Ionengitter zerbrechen, da bei einer Verbiegung gleiche Ladungen aufeinandertreffen.


  • Oxidation
    • Durch die verhältnismässig schwachen Anziehungskräfte auf die Elektronen der Valenzschale, können diese sehr leicht von Nichtmetallen "gestohlen" werden. Das Metall wird dann zum Ion (siehe Abschnitt Vorkommen) und weist andere Eigenschaften auf als das Metall in atomarer Form.


  • Thermische Leitfähigkeit
    • Die einzelnen Metall-Atome befinden sich im Gitter sehr nahe beieinander. Deswegen und wegen der frei beweglichen Elektronen werden Schwingungen schnell weitergegeben, was in einer sehr guten Wärmeleitfähigkeit resultiert.


  • Dichte
    • Durch das Elektronengas, welches zwischen den Atomrümpfen wie eine Art Kitt fungiert, ist das Metallgitter sehr dicht aufgebaut. Einen wichtigen Einfluss hat hierbei auch, dass die einzelnen Atome im Metallgitter im Gegensatz zum Ionengitter gleich gross sind, weshalb das Gitter auch geometrisch dichter gebaut ist. Dementsprechend ist das spezifische Gewicht von Metallen relativ hoch.

Weblinks

Quellen

Text

Abbildungen

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