Che-Bio.de: Metalle - von Aluminium bis Zink

Jahrgangsstufe 7

2. Metalle - von Aluminium bis Zink

Wie lassen sich Metalle erkennen und welche Bedeutung haben sie in unserem Alltag?

Einteilung der Metalle
Allgemeine Eigenschaften der Metalle
Eigenschaften und Verwendung von ausgewählten Metallen

Goldschmuck Beginnen wir mit der Historie, mit den Metallen, die der Menschheit schon seit dem Altertum bekannt sind. Es sind die Metalle Kupfer, Eisen, Zinn, Gold, Silber, Blei und Quecksilber. Fasziniert von der großen Festigkeit und dem Glanz der Metalle haben die Menschen schon früh begonnen, Metalle aus Erzen zu gewinnen. Zum Beispiel zeigen Wandbilder in ägyptischen Gräbern, dass bereits 1500 vor Christus einfache Techniken der Eisenerzeugung bekannt waren.
Metalle sind fast alle fest und haben teilweise sehr hohe Schmelztemperaturen, wie zum Beispiel das Eisen. Quecksilber ist jedoch bei Zimmertemperatur flüssig. Seine Schmelztemperatur beträgt -37°C.
Heute sind über 110 Elemente bekannt, die meisten davon sind Metalle.
Die Einteilung der Metalle wird nach verschiedenen Gesichtspunkten vorgenommen.
Nach der Dichte unterscheidet man Leichtmetalle und Schwermetalle. Dabei ist die Dichte bei Leichtmetallen kleiner und bei Schwermetallen größer als 5 g/cm³. Die geringste Dichte hat Lithium (0,5349 g/cm³) und die größte hat Osmium (22,5 g/cm³).
Auf der unterschiedlichen Oxidierbarkeit (zum Beispiel ein Oxid des Eisens ist Rost) der Metalle beruht die Einteilung in edle Metalle (zum Beispiel Gold) und unedle Metalle (zum Beispiel Natrium).

Im Periodensystem stehen ähnliche Elemente untereinander Im Periodensystem stehen Elemente mit ähnlichen Eigenschaften untereinander. Die Metalle der ersten Hauptgruppe (also Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium und Franzium) sind die Alkalimetalle, die der zweiten Hauptgruppe (Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium und Radium) heißen Erdalkalimetalle.

Merksatz

Die Einteilung der Metalle wird nach verschiedenen Gesichtspunkten vorgenommen.

Nach oben

2. Allgemeine Eigenschaften der Metalle

In einem Kraftfahrzeug werden verschiedene Metalle verarbeitet. Metalle sind chemische Elemente und sie haben gemeinsame charakteristische Eigenschaften. Schau Dir die Abbildung vom Fahrzeug links mal genau an, besonders die Metallteile. Sie haben einen Oberflächenglanz, haben eine geringe Lichtdurchlässigkeit. Die Metalle haben ein hohes Leitvermögen für Wärme und elektrischen Strom. Mit abnehmender Temperatur steigt übrigens die elektrische Leitfähigkeit. Außer dem flüssigen Quecksilber haben alle Metalle bei Zimmertemperatur einen festen Aggregatzustand. Metalle sind durch Walzen, Schmieden, Pressen oder Ziehen plastisch verformbar.

Messinggriffe an einem Schrank Metalle können untereinander vermischt werden. Sie bilden Legierungen. So ergibt das Gemisch aus rotbraunem Kupfer und silberfarbenem Zink goldfarbenes Messing. Solches Messing wird verarbeitet, um Beschläge (Griffe) für Schränke herzustellen.

Merksatz

Die Metalle haben gemeinsame charakteristische Eigenschaften.

Nach oben

3. Eigenschaften und Verwendung von ausgewählten Metallen

1.		Zink Eigenschaften von Zink Zink ist ein bläulich - weißes Metall mit starkem Glanz, welcher an feuchter Luft durch Oxidation der Oberfläche allmählich verschwindet. Bei Zimmertemperatur ist Zink ziemlich spröde, wird jedoch bei ca. 150°C weich und dehnbar und kann dann zu Blech ausgewalzt werden. Mit Luft kann Zinkstaub übrigens explosive Gemische bilden, die sich dann, wenn sie feucht werden, erwärmen und entzünden können.
2.		Verwendung von Zink Zink wird vorrangig als Legierung verwendet. Bekannt sind Legierungen des Zinks mit den Metallen Aluminium, Kupfer, Magnesium, Mangan, Lithium oder Titan. Dadurch wird die Festigkeit des Zinks erhöht und die Korrosion des Zinks gemindert. Deshalb werden solche Legierungen zum Beispiel für Fensterbretter an Kellerfenstern (wie im Bild 1, oben links zu sehen) oder zur Verkleidung von Mülltonnen (siehe Bild 2) verwendet.
3.		Eisen Eigenschaften von Eisen Reines Eisen ist bläulich weiß und polierfähig. Eisen hat eine sehr hohe Schmelztemperatur. Diese beträgt 1539°C. Eisen ist magnetisch, man spricht von Ferromagnetismus. An trockener Luft und in sauerstoff- und kohlendioxidfreiem Wasser bildet Eisen eine feste Oxidschicht. Diese Schicht verändert sich nicht. Erst wenn Eisen an feuchte Luft oder kohldioxidhaltiges Wasser kommt, dann wird die Oberfläche des Eisens angegriffen und es bildet sich rotbrauner Rost. Dieser Rost ist weich und porös, so dass sich der Rostvorgang ungehindert fortsetzen kann.
4.		Verwendung von Eisen Eisen wird vorrangig als Legierung verwendet. Die bekannteste ist die Eisen - Kohlenstoff - Legierung mit einem Kohlenstoffgehalt bis zu 1,7%. Diese Legierung heißt Stahl. Stahl passt sich wie kein anderer Werkstoff durch Wärmebehandlung oder Kaltverformung den unterschiedlichen Anforderungen bezüglich der Verwendung an. So sehen wir links in den Bildern zunächst oben ein Kraftfahrzeug mit unterschiedlichen Stahlteilen, zum Beispiel den Felgen. Und wir sehen Fahrräder mit Stahlrahmen, die sehr stabil sein müssen, um den Pedalritter sicher über jedes Straßenpflaster zu führen.
5.		Aluminium Eigenschaften von Aluminium Aluminium ist ein silberweißes Metall, das den elektrischen Strom gut leitet. Das elektrische Leitvermögen beträgt etwa 65% von dem des Kupfers. Aluminium ist sehr dehnbar, weshalb es zu ganz feinen Drähten ausgezogen oder zu dünnen Blechen oder Folien ausgewalzt werden kann. An der Luft ist Aluminium beständig, das heißt, es überdeckt sich mit einer ganz dünnen Oxidschicht, welche das darunter liegende Metall schützt. Aluminium ist ein Leichtmetall, es hat eine Dichte von 2,7 g/cm³.
6.		Verwendung von Aluminium Wegen seiner guten elektrischen Leitfähigkeit und Verformbarkeit kann Aluminium für Kabel in der Elektrotechnik verwendet werden. Wegen seiner geringen Dichte und wegen seiner Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen wird Aluminium zum Beispiel für den Rahmen von Duschverkleidungen in Bädern (Bild 5, oben links) eingesetzt. An Fahrzeugen wie Mopeds (Bild 6, links) sind Teile aus Aluminium zu finden. Da Aluminiumverbindungen ungiftig sind, werden Aluminiumfolien als Verpackungsmaterial in der Lebensmittelindustrie und im Haushalt verwendet.
7.		Chromium Eigenschaften von Chromium Chromium, oder auch, wie früher, Chrom genannt, ist ein Schwermetall, dessen Dichte 7,2 g/cm³ beträgt. Chrom ist silberweiß und hat einen leicht bläulichen Glanz. Reines Chrom ist zäh und lässt sich daher gut dehnen und schmieden. Geringe Spuren von Verunreinigungen machen das Chrom aber hart und spröde. Chrom ist chemisch sehr widerstandfähig, es ist an der Luft oder im Wasser kaum oxidierbar. Chromverbindungen sind giftig.
8.		Verwendung von Chromium In reiner Form wird Chrom wegen seiner hohen Sprödigkeit in der Technik nicht verwendet. Chrom wird in Chromstählen verarbeitet. Meist wird hier Chrom als Legierungsmetall gemeinsam mit anderen Metallen vermischt, wie zum Beispiel Nickel, Wolfram oder Titan. Chromstähle zeigen eine besonders hohe mechanische Festigkeit und eine bessere Beständigkeit gegenüber Korrosion und Hitze. So sind Edelstahltöpfe (Bild 7, oben links) oder Armaturen in Badezimmern (Bild 8, links) besonders stabil, aber auch beständig.
9.		Gold Eigenschaften von Gold Gold, oder auch, aus dem lateinischen, Aurum genannt, ist ein rötlichgelbes ("goldgelbes") Metall. Gold hat eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Und es hat eine ausgeprägte Dehnbarkeit, weshalb sich hauchdünne Drähte ziehen lassen. Gold hat eine ausgezeichnete Walzbarkeit. Deshalb ist es möglich, Gold zu Blättchen zu formen (zu schlagen), die nur 0,0002 mm dick sind. Durch seine Weichheit lässt sich Gold polieren und es wird so wundervoll glänzend.
10.		Verwendung von Gold Natürlich kennt man die Verwendung von Gold als Schmuckmetall. Welche Frau liebt nicht den goldgelben Glanz dieses Metalls? Gold dient aber auch als Währungsreserve und wird in so genannten Goldbarren in Tresoren eingelagert. Dieses Metall wird aber auch in der Zahnprothetik eingesetzt, das bedeutet, es wird Zahnersatz daraus hergestellt. Für Münzen und Medaillen (Stichwort: "Olympische Spiele") wird ebenfalls Gold verarbeitet. Zunehmend wird Gold auch in der Elektroindustrie genutzt, da dieses Metall den elektrischen Strom so gut leitet.