Struktur und Eigenschaften der Metalle

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

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

• Video zum Aufbau der Metalle

Quellen

Text

• Notizen aus dem Chemieunterricht
• Wikipedia: Metalle
• Wikipedia: Edelmetalle

Abbildungen

• Abbildung 1: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/36/Banded_iron_formation.jpg
• Abbildung 2: http://www.elektronikinfo.de/techpic/strom/metallgitter.gif
• Abbildung 3: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/90/Edelmetalle.jpg
• Abbildung 4: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0c/Gallium1_640x480.jpg