Metalle - Überblick

Metalle sind eine Gruppe von Elementen, die typische gemeinsame Eigenschaften wie die Wärmeleitfähigkeit oder den metallischen Glanz aufweisen. Etwa 80% aller Elemente sind Metalle. Sie machen also eine sehr goße Gruppe aus.

Metallbindung

Metallatome sind in der Lage, ihre Außenelektronen abzugeben. Danach sind die Atome positiv geladen. Sie werden auch als Atomrumpf bezeichnet. Diese lagern sich aneinander zu einem sogenannten Metallgitter an. Die abgegebenen Elektronen (=Elektronengas) können sich zwischen den positiv geladenen Metallatomen frei bewegen. Sie sind sehr wichtig für die Wärme- und elektrische Leitfähigkeit der Metalle. Diese Bindung wird als Metallbindung bezeichnet.

Eigenschaften der Metalle

Die typischen Eigenschaften der Metalle sind:

• elektrische Leitfähigkeit
• Wärmeleitfähigkeit
• metallischer Glanz
• Verformbarkeit

Elektrische Leitfähigkeit

Metalle können den elektrischen Strom sehr gut leiten. Der Grund dafür ist, dass es freie Elektronen gibt, die die Ladung tragen und transportieren können.

Wärmeleitfähigkeit

Wärme ist die Bewegung von Teilchen. Wird ein Metall erwärmt, beginnen die Elektronen zu schwingen. Durch diese Bewegung werden andere Elektronen angestoßen, die sich nun auch bewegen. So beginnen alle Elektronen nach und nach sich zu bewegen. Die Bewegung wird also durch das Metall geleitet und mit ihr auch die Wärme. Ein Metall ist ein sehr guter Wärmeleiter.

Die Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit von Stoffen hängen immer zusammen. Ist die Wärmeleitfähigkeit hoch, dann ist auch die elektrishce Leitfähigkeit hoch, und umgekehrt!
Außerdem gilt: je wärmer es ist, desto schlechter leiten Metalle und je kälter es ist, desto besser leiten Metalle Strom und Wärme.

Metallischer Glanz

Glanz entsteht durch die Reflektion, also das Zurückwerfen, von eintreffendem Licht. Durch die glatte Oberfläche eines Metalls und die im Metall befindlichen freien Elektronen, können die einfallenden Lichtstrahlen reflektiert werden. Dadurch entsteht der typische metallische Glanz.

Verformbarkeit

Wirkt Druck auf ein Metall ein, zum Beispiel durch einen Schlag von einem Hammer, verformt es sich und zerbricht nicht. Dafür verantwortlich sind die freien Elektronen, welche die Metallrümpfe zusammenhalten.

Lage der Metalle im Periodensystem

Die meisten Elemente gehören zu den Metallen. Im Periodensystem sind das alle Elemente auf der linken Seite. Dazu zählen:

• die Elemente der Hauptgruppen 1 und 2,
• die Nebengruppenelemente
• und ein paar Elemente aus den Hauptgruppen 3 bis 6.

Neben den Metallen stehen im Periodensystem die Halbmetalle. Der Übergang zu diesen Elementen ist fließend, sodass manchmal ein Element als Metall und als Halbmetall bezeichnet wird.

Einteilung der Metalle nach ihrer Stellung im Periodensystem

Da Metalle eine sehr große Einheit ausmachen, werden diese nochmals nach ihrer Stellung im Periodensystem eingeteilt.

Alkalimetalle

Die Elemente der 1. Hauptgruppe, Wasserstoff ausgeschlossen, werden als Alkalimetalle bezeichnet. Diese Metalle sind:

• sehr weich
• leicht
• und reagieren sehr stark mit Wasser und Luft.

Erdalkalimetalle

Die Metalle in der 2. Hauptgruppe sind die sogenannten Erdalkalimetalle. Diese sind auch realtiv weich und reagieren gern mit Wasser.

Übergangsmetalle

Die größte Gruppe machen die Übergangsmetalle aus. Das sind die Elemente der Nebengruppen. Typische Eigenschaften der Übergangsmetalle sind:

• die hohen Siede- und Schmelztemperaturen
• eine hohe Dichte
• und extreme Härte.

Eigenschaften, die aus der Lage im Periodensystem resultieren

Anhand der Lage eines Elements im Periodensystem, lassen sich Eigenschaften, die mit dem Atombau zusammenhängen, schlussfolgern.

Unterteilung der Metalle nach ihren Eigenschaften

Metalle lassen sich aufgrund ihrer Eigenschaften unterteilen.

Die erste Möglichkeit ist die Unterscheidung in edle und unedle Metalle.
Edle Metalle reagieren nicht mit der Luft und behalten daher ihren metallischen Glanz über lange Zeit.
Unedle Metalle dagegen reagieren mit Gasen der Luft und verlieren dadurch ihren typischen Glanz.

Eine zweite Möglichkeit ist die Einteilung in Schwer- und Leichtmetalle. Schwermetalle besitzen eine hohe Dichte und Leichtmetalle eine geringe Dichte.

Legierungen

Eine Legierung ist ein Gemisch aus mehreren Metallen. Dieses Gemisch hat andere Eigenschaften als die ursprünglichen Metalle. Eine sehr bekannte Legierung ist Bronze, welche aus einem Kupfer-Zinn-Gemisch besteht.

Reaktionsverhalten

Metalle nehmen an sehr vielen Reaktionen teil und sind daher wichtige Reaktionspartner. Sie sind unter anderem an der Bildung von Salzen, Metalloxiden und Basen beteiligt.

Salze

Salze entstehen, wenn ein Metall mit einem Nichtmetall reagiert. Ein solche Reaktion sieht im allgemeinen so aus:

Ein sehr bekanntes Salz ist das Natriumchlorid. Dabei handelt es sich um Speisesalz. Dieses entsteht bei der Reaktion von Natrium mit Chlor.

Metalloxide

Reagiert ein Metall mit Sauerstoff, entsteht ein Metalloxid:

Ein Beispiel für die Bildung eines Metalloxides ist die Reaktion von Magnesium mit Sauerstoff. Dabei entsteht Magnesiumoxid.

Basen

Basen, auch Laugen genannt, sind Stoffe mit einem pH-Wert von über 8. Sie entstehen bei der Reaktion von einem Metalloxid mit Wasser:

Wird beispielsweise das Magnesiumoxid in Wasser gegeben, entsteht die Base Magnesiumhydroxid.