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Metalle Metall ist eine Weiterleitung auf diesen Artikel Weitere Bedeutungen sind unter Metall Begriffsklärung aufgeführ

Metalle

Metalle (von altgriechisch μέταλλον metallon „Bergwerk, Erz, Metall“) bilden diejenigen chemischen Elemente, die sich im Periodensystem der Elemente links und unterhalb einer Trennungslinie von Bor bis Astat befinden. Etwa 80 Prozent der chemischen Elemente sind Metalle, wobei der Übergang zu den Nichtmetallen über die Gruppe der Halbmetalle fließend ist, denn viele Halbmetalle können neben metallischen Modifikationen mit metallischen Bindungen auch nichtmetallische Modifikationen mit atomaren Bindungen bilden.

Der Begriff Metall wird auch für Legierungen und einige intermetallische Phasen verwendet, denn der Begriff gilt für alle Materialien, die in fester oder flüssiger Form die folgenden vier charakteristischen metallischen Stoffeigenschaften in mehr oder weniger ausgeprägter Form aufweisen:

  1. hohe elektrische Leitfähigkeit, die mit steigender Temperatur abnimmt,
  2. hohe Wärmeleitfähigkeit, was dazu führt, dass sich Metalle kühl anfühlen
  3. Duktilität (Verformbarkeit), was die Bildung dünner Bleche oder langer Drähte ermöglicht
  4. metallischer Glanz (Spiegelglanz).

Alle diese Eigenschaften beruhen darauf, dass der Zusammenhalt der betreffenden Atome mit der metallischen Bindung erfolgt, deren wichtigstes Merkmal die im Gitter frei beweglichen Elektronen sind.

Ein einzelnes Atom dieser Elemente hat keine metallischen Eigenschaften; es ist kein Metall. Erst wenn mehrere solcher Atome miteinander wechselwirken können und wenn zwischen ihnen metallische Bindungen bestehen, zeigen solche Atomgruppen (cluster) metallische Eigenschaften.

Einzelne Atome dieser Elemente können sich bei extrem schneller Abkühlung auch amorph zusammenlagern, ohne ein Kristallgitter zu bilden – siehe Metallisches Glas.

Andererseits können auch Atome von Nichtmetallen unter extremen Bedingungen (Druck) metallische Bindungen eingehen und dann die genannten metallischen Eigenschaften annehmen – siehe metallischer Wasserstoff.

Metalle finden seit Beginn der Zivilisation vielfältige Anwendungen als Werkstoffe. Unter dem Begriff Metallphysik oder auch Metallkunde beschäftigen sich Physiker und Materialwissenschaftler mit allen Grundlagen, siehe unter Festkörperphysik, und mit Anwendungen, siehe unter Materialwissenschaft.

Einteilung

Die Elemente, aufgeteilt in Nichtmetalle, Halbmetalle und Metalle. Letztere unterschieden nach Dichte (berechnet für Fm zu Og)
Nichtmetall: bis 5 g/cm³
(Halb-)Metall: bis 5 g/cm³ ab 5 g/cm³  ab 10 g/cm³  ab 20 g/cm³
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
 
  * Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
  ** Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Traditionell unterteilt man Metalle nach der Dichte in Schwermetalle und Leichtmetalle und nach der Reaktivität in Edelmetalle und unedle Metalle, wobei Letztere gute Reduktionsmittel darstellen. Siehe hierzu auch den Hauptartikel Metallischer Werkstoff (sowie zur Reaktivität unter Redoxreaktion).

Metalle werden gebildet von den Elementen, die im Periodensystem der Elemente im Bereich links und unterhalb einer Linie vom Bor zum Astat stehen, wobei der metallische Charakter von oben nach unten bzw. von rechts nach links zunimmt. Ganz oben rechts befinden sich die Nichtmetalle, dazwischen die Halbmetalle. Die Nebengruppenelemente bilden ausnahmslos Metalle. Die Grenze zu den Nichtmetallen ist fließend. So haben zum Beispiel Antimon, Arsen, Cer und Zinn sowohl metallische als auch nichtmetallische Modifikationen.

Für das chemische Verhalten ist auch die Zugehörigkeit zu Haupt- oder Nebengruppen des Periodensystems entscheidend.

Physikalische Eigenschaften

Allgemeines

Ein Stück hochreinen Eisens mit 99,97 % Reinheit
Kubisch raumzentrierte Elementarzelle eines Eisenkristalls

Voraussetzung für die Bildung des metallischen Zustandes sind folgende Eigenschaften von Atomen:

Daraus resultiert, dass derartige Atome sich untereinander nicht über Atombindungen zu Molekülen oder Gittern verbinden können. Allenfalls in Metalldämpfen kommen Atombindungen vor, z. B. besteht Natriumdampf zu etwa 1 % aus Na2-Molekülen.

Metallatome ordnen sich vielmehr zu einem Metallgitter, welches aus positiv geladenen Atomrümpfen besteht, während die Valenzelektronen über das ganze Gitter verteilt sind; keines dieser Elektronen gehört mehr zu einem bestimmten Kern. Diese frei beweglichen Elektronen kann man sich als Teilchen eines Gases vorstellen, das den Platz zwischen den Atomrümpfen ausfüllt. Da dieses Elektronengas unter anderem die gute elektrische Leitfähigkeit der Metalle bewirkt, wird das Energieniveau, auf dem sich die freien Elektronen befinden, als „Leitungsband“ bezeichnet. Die genauen energetischen Gegebenheiten beschreibt das Bändermodell auf Basis des Orbitalmodells.

Aus dieser Bindungsart und diesem Gitteraufbau resultieren folgende typische Eigenschaften der Metalle:

  • Glanz (Spiegelglanz): Die frei beweglichen Elektronen können fast die gesamte auftreffende elektromagnetische Strahlung bis zu Wellenlängen der Röntgenstrahlung wieder emittieren; so entstehen der Glanz und Reflexion; aus glatten Metallflächen werden deshalb Spiegel angefertigt.
  • Undurchsichtigkeit: Die vorbeschriebene, an der Metalloberfläche stattfindende Reflexion und die Absorption des nicht reflektierten Anteiles bewirken, dass zum Beispiel Licht kaum in Metall eintreten kann. Metalle sind deshalb nur in dünnsten Schichten etwas lichtdurchlässig und erscheinen in der Durchsicht grau oder blau.
  • Gute elektrische Leitfähigkeit: Die Wanderung der frei beweglichen Elektronen in eine Richtung ist der elektrische Strom.
  • Gute thermische Leitfähigkeit: Die leicht verschiebbaren Elektronen nehmen an der Wärmebewegung teil. Sie übertragen zudem die thermische Eigenbewegung der Atomrümpfe (Schwingungen) und tragen so zum Wärmetransport bei, vgl. Wärmeleitung.
  • Gute Verformbarkeit (Duktilität): Im Metall befinden sich Korngrenzen und Versetzungen, die sich schon bei einer Dehnung unterhalb der Bruchdehnung bewegen können, das heißt, ohne dass der Zusammenhalt verloren geht; je nach Gittertyp verformt sich also ein Metall, bevor es bricht.
  • Relativ hoher Schmelzpunkt: Er resultiert aus den allseitig gerichteten Bindungskräften zwischen den Kationen und den frei beweglichen Elektronen, ein jedoch weniger starker Effekt als die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen Ionen in Salzkristallen.

Schmelz- und Siedetemperaturen

Als hochschmelzend bezeichnet man Metalle, deren Schmelzpunkt TE über 2000 K bzw. über dem Schmelzpunkt von Platin (TE-Platin = 2045 K = 1772 °C) liegt. Dazu gehören die Edelmetalle Ruthenium, Rhodium, Osmium und Iridium und Metalle der Gruppen IVB (Zirconium, Hafnium), VB (Vanadium, Niob, Tantal), VIB (Chrom, Molybdän, Wolfram) und VIIB (Technetium, Rhenium).

Wärmeleiteigenschaften

Die für die Wärmeleitung relevanten Eigenschaften wie Dichte, Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit und Temperaturleitfähigkeit variieren stark. So hat etwa Silber mit 427 W/(m·K) eine ca. 50-fach höhere Wärmeleitfähigkeit als Mangan, siehe Liste mit Werten.

Chemische Eigenschaften

In Verbindung mit Nichtmetallen treten die Metalle im Allgemeinen als Kationen auf, d. h., die äußeren Elektronen werden vollständig an die Nichtmetallatome abgegeben und es bildet sich eine Ionenverbindung (Salz). In einem Ionengitter werden die Ionen nur durch elektrostatische Kräfte zusammengehalten.

Bei Verbindungen mit Übergangsmetallen und bei größeren Anionen (wie dem Sulfid-Ion) können alle Übergangsstufen zur Atombindung vorkommen.

Mit Nichtmetallen wie Wasserstoff, Kohlenstoff und Stickstoff werden auch Einlagerungsverbindungen gebildet, wobei sich die Nichtmetallatome in Lücken des Metallgitters befinden, ohne dieses wesentlich zu verändern. Diese Einlagerungsverbindungen behalten die typischen Metalleigenschaften wie die Elektrische Leitfähigkeit.

Metallkationen, v. a. die der Nebengruppenmetalle, bilden mit Basen (Wasser, Ammoniak, Halogeniden, Cyaniden u. v. a.) Komplexverbindungen, deren Stabilität nicht allein durch die elektrostatische Anziehung erklärt werden kann.

Metalle in höheren Oxidationsstufen bilden auch Komplexanionen, z. B.:

Legierungen

Mischungen aus einem Metall und einem oder mehreren anderen Elementen, die metallisch oder nicht-metallisch sein können, heißen Legierungen, wenn diese Mischung die typischen metallischen Eigenschaften aufweist (Verformbarkeit, elektrische Leitfähigkeit, …), wenn also weiterhin eine metallische Bindung vorliegt.

Legierungen haben oft völlig andere physikalische und chemische Eigenschaften als die reinen Metalle. Vor allem die Härte und die Festigkeit sind teilweise um Größenordnungen höher. Ebenso kann sich die Korrosionsbeständigkeit deutlich erhöhen. Der Schmelzpunkt von Legierungen liegt dagegen oft unter dem der reinen Metalle; bei einer bestimmten Zusammensetzung wird der tiefste Schmelzpunkt erreicht, das Eutektikum.

Als erste gezielt hergestellte Legierung der Menschheitsgeschichte wurde die Bronze genutzt, eine Legierung aus 80 bis 95 % Kupfer und 5 bis 20 % Zinn. Seit langem ist Stahl die am häufigsten verwendete Legierung; er ist eine Mischung aus Eisen mit Anteilen von Kohlenstoff und teils von weiteren Elementen (→ Stahllegierung).

Vorkommen

Das Vorkommen einiger Metalle an Land und im Meer im Vergleich
Quelle: Meeresatlas – Daten und Fakten über unseren Umgang mit dem Ozean, 2017

Der Erdkern besteht zum größten Teil aus Eisen, da es erstens in sehr großen Mengen vorkommt, weil es das kernphysikalisch stabilste Element ist, und zweitens aufgrund seiner hohen Dichte.

In der Erdkruste dagegen überwiegen die Nichtmetalle, relativ häufige Metalle sind Aluminium, Eisen, Mangan, Titan, Calcium, Magnesium, Natrium und Kalium. Viele seltene Metalle treten aber in ihren Abbaustätten stark angereichert auf. Gesteine, die nutzbare Metalle in abbauwürdigen Konzentrationen enthalten, werden Erze genannt. Zu den wichtigsten Erzen gehören:

Die Metalle werden aus den jeweiligen Erzen metallurgisch gewonnen.

Manche Edelmetalle, v. a. Gold, kommen auch gediegen, d. h. in reiner Form und nicht als Verbindung (Erz oder Mineral) vor.

Verwendung

Silbermünze „Eichbaum“
Fünf Reichsmark (1927–1933)
Kupferdach in Dresden
Preise für Metalle

Viele Metalle sind wichtige Werkstoffe. Die moderne Welt wäre ohne Metalle unmöglich. Nicht ohne Grund werden Phasen der Menschheitsentwicklung nach den verwendeten Werkstoffen als Steinzeit, Bronzezeit, Eisenzeit bezeichnet.

Reine Metalle werden zur Herstellung elektrischer Leitungen genutzt, da sie die größte Leitfähigkeit besitzen. Dafür wird vor allem unlegiertes Kupfer und Aluminium und selten auch Gold verwendet. Ansonsten werden reine Metalle praktisch nie eingesetzt.

Die folgende Liste enthält die wichtigsten Metalle und Legierungsbestandteile, keine Verbindungen:

Metall in der Astrophysik

In der Astrophysik ist Metall anders definiert, siehe dazu Metallizität; hier bezeichnet es jedes chemische Element oberhalb einer bestimmten Ordnungszahl (meist höher als Helium). Das sind alle durch Kernfusion in Sternen oder durch Supernovae entstandenen Elemente, wogegen Wasserstoff und Helium (zusammen mit einigen Spuren von Lithium) als durch den Urknall entstanden gedacht werden. Die Metallizität eines Sterns hängt mit seinem Entstehungszeitpunkt zusammen (siehe Population).

Es wird angenommen, dass Wasserstoff im Inneren von hinreichend schweren Gasplaneten in den metallischen Zustand (im Sinne der chemischen Metalldefinition) übergehen kann; dieser metallische Wasserstoff ist wahrscheinlich auch für das extrem starke Magnetfeld des Jupiter verantwortlich. Metallischer Wasserstoff trägt aber nicht zur astrophysikalischen Metallizität des Objekts bei, in dem er vorkommt.

Metall in der Chinesischen Philosophie

Metall bezeichnet hier ein Element der traditionellen Fünf-Elemente-Lehre.

Heraldik

Als Metalle werden in der Heraldik die Tinkturen (Wappenfarben) Gold und Silber bezeichnet. Bei Wappenmalereien wird als Ersatz für Gold die Farbe Gelb und als Ersatz für Silber die Farbe Weiß verwendet.

Siehe auch

Literatur

  • Karl Otto Henseling: Bronze, Eisen, Stahl. Bedeutung der Metalle in der Geschichte (= Rororo. rororo-Sachbuch 7706 = Kulturgeschichte der Naturwissenschaften und der Technik. Bd. 6). Rowohlt, Reinbek bei Hamburg 1981, ISBN 3-499-17706-4.
  • Franz Zippe: Geschichte der Metalle. Wien 1857; Neudruck Wiesbaden 1967.
  • Adelbert Rössing: Geschichte der Metalle. Berlin 1901.
  • Erhard Hornbogen, Hans Warlimont: Metalle – Struktur und Eigenschaften der Metalle und Legierungen, Springer, 6. Auflage, 2016, ISBN 978-3-662-47952-0.
  • Wolfgang Glöckner, Walter Jansen, Rudolf Georg Weissenhorn (Hrsg.): Handbuch der experimentellen Chemie. Sekundarbereich II. Band 5: Chemie der Gebrauchsmetalle. Aulis-Verlag Deubner, Köln 2003, ISBN 3-7614-2384-5.
  • W. Tödt: Messung und Verhütung der Metallkorrosion. Walter de Gruyter & Co., Berlin 1941 (Reihe Arbeitsmethoden der modernen Naturwissenschaften).

Weblinks

Wiktionary: Metall – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Commons: Metalle – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

  1. Uwe Kreibig: Wann ist Gold ein Metall? In: Physik-Journal. Bd. 1, Nr. 1, 2002, ISSN 1617-9439, S. 20–21, (Memento des Originals vom 14. Mai 2014 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.pro-physik.de.
  2. Burkhard Fricke (1975), Superheavy elements: a prediction of their chemical and physical properties
  3. Römpp Lexikon Chemie, 9. Auflage, Band 4, Seite 2709
  4. ↑ P. Häussinger, R. Glatthaar, W. Rhode, H. Kick, C. Benkmann, J. Weber, H.-J. Wunschel, V. Stenke, E. Leicht, H. Stenger: Noble Gases. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim 2006 (doi:10.1002/14356007.a17_485).
  5. Meeresatlas - Daten und Fakten über unseren Umgang mit dem Ozean, dort S. 34
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Metall ist eine Weiterleitung auf diesen Artikel Weitere Bedeutungen sind unter Metall Begriffsklarung aufgefuhrt Metalle von altgriechisch metallon metallon Bergwerk Erz Metall bilden diejenigen chemischen Elemente die sich im Periodensystem der Elemente links und unterhalb einer Trennungslinie von Bor bis Astat befinden Etwa 80 Prozent der chemischen Elemente sind Metalle wobei der Ubergang zu den Nichtmetallen uber die Gruppe der Halbmetalle fliessend ist denn viele Halbmetalle konnen neben metallischen Modifikationen mit metallischen Bindungen auch nichtmetallische Modifikationen mit atomaren Bindungen bilden Kristall aus 99 999 reinem Gallium 15 cm grosser Gold Nugget Smithsonian Washington Kupferscheibe nach dem Strang guss ver fahren her gestellt ge atzt Reinheit 99 95 O 10 cmDer Begriff Metall wird auch fur Legierungen und einige intermetallische Phasen verwendet denn der Begriff gilt fur alle Materialien die in fester oder flussiger Form die folgenden vier charakteristischen metallischen Stoffeigenschaften in mehr oder weniger ausgepragter Form aufweisen hohe elektrische Leitfahigkeit die mit steigender Temperatur abnimmt hohe Warmeleitfahigkeit was dazu fuhrt dass sich Metalle kuhl anfuhlen Duktilitat Verformbarkeit was die Bildung dunner Bleche oder langer Drahte ermoglicht metallischer Glanz Spiegelglanz Alle diese Eigenschaften beruhen darauf dass der Zusammenhalt der betreffenden Atome mit der metallischen Bindung erfolgt deren wichtigstes Merkmal die im Gitter frei beweglichen Elektronen sind Ein einzelnes Atom dieser Elemente hat keine metallischen Eigenschaften es ist kein Metall Erst wenn mehrere solcher Atome miteinander wechselwirken konnen und wenn zwischen ihnen metallische Bindungen bestehen zeigen solche Atomgruppen cluster metallische Eigenschaften 1 Einzelne Atome dieser Elemente konnen sich bei extrem schneller Abkuhlung auch amorph zusammenlagern ohne ein Kristallgitter zu bilden siehe Metallisches Glas Andererseits konnen auch Atome von Nichtmetallen unter extremen Bedingungen Druck metallische Bindungen eingehen und dann die genannten metallischen Eigenschaften annehmen siehe metallischer Wasserstoff Metalle finden seit Beginn der Zivilisation vielfaltige Anwendungen als Werkstoffe Unter dem Begriff Metallphysik oder auch Metallkunde beschaftigen sich Physiker und Materialwissenschaftler mit allen Grundlagen siehe unter Festkorperphysik und mit Anwendungen siehe unter Materialwissenschaft Inhaltsverzeichnis 1 Einteilung 2 Physikalische Eigenschaften 2 1 Allgemeines 2 2 Schmelz und Siedetemperaturen 2 3 Warmeleiteigenschaften 3 Chemische Eigenschaften 4 Legierungen 5 Vorkommen 6 Verwendung 7 Metall in der Astrophysik 8 Metall in der Chinesischen Philosophie 9 Heraldik 10 Siehe auch 11 Literatur 12 Weblinks 13 EinzelnachweiseEinteilungDie Elemente aufgeteilt in Nichtmetalle Halbmetalle und Metalle Letztere unterschieden nach Dichte berechnet fur Fm zu Og 2 Nichtmetall bis 5 g cm Halb Metall bis 5 g cm ab 5 g cm ab 10 g cm ab 20 g cm H HeLi Be B C N O F NeNa Mg Al Si P S Cl ArK Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br KrRb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I XeCs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At RnFr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No LrTraditionell unterteilt man Metalle nach der Dichte in Schwermetalle und Leichtmetalle und nach der Reaktivitat in Edelmetalle und unedle Metalle wobei Letztere gute Reduktionsmittel darstellen Siehe hierzu auch den Hauptartikel Metallischer Werkstoff sowie zur Reaktivitat unter Redoxreaktion Metalle werden gebildet von den Elementen die im Periodensystem der Elemente im Bereich links und unterhalb einer Linie vom Bor zum Astat stehen wobei der metallische Charakter von oben nach unten bzw von rechts nach links zunimmt Ganz oben rechts befinden sich die Nichtmetalle dazwischen die Halbmetalle Die Nebengruppenelemente bilden ausnahmslos Metalle Die Grenze zu den Nichtmetallen ist fliessend So haben zum Beispiel Antimon Arsen Cer und Zinn sowohl metallische als auch nichtmetallische Modifikationen 3 Fur das chemische Verhalten ist auch die Zugehorigkeit zu Haupt oder Nebengruppen des Periodensystems entscheidend Siehe auch RefraktarmetallePhysikalische EigenschaftenAllgemeines Ein Stuck hochreinen Eisens mit 99 97 Reinheit Kubisch raumzentrierte Elementarzelle eines EisenkristallsVoraussetzung fur die Bildung des metallischen Zustandes sind folgende Eigenschaften von Atomen Die Zahl der Elektronen in der ausseren Schale ist gering und kleiner als die Koordinationszahl Die zur Abspaltung dieser Aussenelektronen notige Ionisierungsenergie ist klein lt 10 eV Daraus resultiert dass derartige Atome sich untereinander nicht uber Atombindungen zu Molekulen oder Gittern verbinden konnen Allenfalls in Metalldampfen kommen Atombindungen vor z B besteht Natriumdampf zu etwa 1 aus Na2 Molekulen Metallatome ordnen sich vielmehr zu einem Metallgitter welches aus positiv geladenen Atomrumpfen besteht wahrend die Valenzelektronen uber das ganze Gitter verteilt sind keines dieser Elektronen gehort mehr zu einem bestimmten Kern Diese frei beweglichen Elektronen kann man sich als Teilchen eines Gases vorstellen das den Platz zwischen den Atomrumpfen ausfullt Da dieses Elektronengas unter anderem die gute elektrische Leitfahigkeit der Metalle bewirkt wird das Energieniveau auf dem sich die freien Elektronen befinden als Leitungsband bezeichnet Die genauen energetischen Gegebenheiten beschreibt das Bandermodell auf Basis des Orbitalmodells Aus dieser Bindungsart und diesem Gitteraufbau resultieren folgende typische Eigenschaften der Metalle Glanz Spiegelglanz Die frei beweglichen Elektronen konnen fast die gesamte auftreffende elektromagnetische Strahlung bis zu Wellenlangen der Rontgenstrahlung wieder emittieren so entstehen der Glanz und Reflexion aus glatten Metallflachen werden deshalb Spiegel angefertigt Undurchsichtigkeit Die vorbeschriebene an der Metalloberflache stattfindende Reflexion und die Absorption des nicht reflektierten Anteiles bewirken dass zum Beispiel Licht kaum in Metall eintreten kann Metalle sind deshalb nur in dunnsten Schichten etwas lichtdurchlassig und erscheinen in der Durchsicht grau oder blau Gute elektrische Leitfahigkeit Die Wanderung der frei beweglichen Elektronen in eine Richtung ist der elektrische Strom Gute thermische Leitfahigkeit Die leicht verschiebbaren Elektronen nehmen an der Warmebewegung teil Sie ubertragen zudem die thermische Eigenbewegung der Atomrumpfe Schwingungen und tragen so zum Warmetransport bei vgl Warmeleitung Gute Verformbarkeit Duktilitat Im Metall befinden sich Korngrenzen und Versetzungen die sich schon bei einer Dehnung unterhalb der Bruchdehnung bewegen konnen das heisst ohne dass der Zusammenhalt verloren geht je nach Gittertyp verformt sich also ein Metall bevor es bricht Relativ hoher Schmelzpunkt Er resultiert aus den allseitig gerichteten Bindungskraften zwischen den Kationen und den frei beweglichen Elektronen ein jedoch weniger starker Effekt als die elektrostatischen Anziehungskrafte zwischen Ionen in Salzkristallen Schmelz und Siedetemperaturen Als hochschmelzend bezeichnet man Metalle deren Schmelzpunkt TE uber 2000 K bzw uber dem Schmelzpunkt von Platin TE Platin 2045 K 1772 C liegt Dazu gehoren die Edelmetalle Ruthenium Rhodium Osmium und Iridium und Metalle der Gruppen IVB Zirconium Hafnium VB Vanadium Niob Tantal VIB Chrom Molybdan Wolfram und VIIB Technetium Rhenium Warmeleiteigenschaften Die fur die Warmeleitung relevanten Eigenschaften wie Dichte Warmekapazitat Warmeleitfahigkeit und Temperaturleitfahigkeit variieren stark So hat etwa Silber mit 427 W m K eine ca 50 fach hohere Warmeleitfahigkeit als Mangan siehe Liste mit Werten Physikalische Eigenschaften einiger Metalle Die hochsten und niedrigsten Werte sind farblich markiert Element Lithium Aluminium Chrom Eisen Kupfer Zink Silber Zinn Caesium Wolfram Osmium Gold Quecksilber BleiSchmelzpunkt in C 1013 hPa 4 180 54 660 2 1907 1538 1084 62 419 53 961 78 231 93 28 44 3422 3130 1064 18 38 83 327 43Siedepunkt in C 1013 hPa 4 1330 2470 2482 3000 2595 907 2210 2602 690 5930 5000 2970 357 1744Dichte in g cm3 20 C 1013 hPa 4 0 534 2 6989 7 14 7 874 8 92 7 14 10 49 a Zinn 5 769 b Zinn 7 265 1 90 19 25 22 59 19 32 13 5459 11 342Mohsharte 0 6 2 75 8 5 4 0 3 0 2 5 2 5 1 5 0 2 7 5 7 0 2 5 1 5Elektrische Leitfahigkeit in 106 S m 10 6 37 7 7 87 10 0 58 1 16 7 61 35 8 69 4 76 18 52 10 9 45 5 1 04 4 76Warmeleitfahigkeit in W m K 85 235 94 80 400 120 430 67 36 170 88 320 8 3 35Ordnungszahl 3 13 24 26 29 30 47 50 55 74 76 79 80 82Atommasse in u 6 94 26 982 51 996 55 845 63 546 65 38 107 868 118 710 132 905 183 84 190 23 196 967 200 592 207 2Elektronegativitat 0 98 1 61 1 66 1 83 1 9 1 65 1 93 1 96 0 79 2 36 2 2 2 54 2 0 2 33Kristallsystem 1 cl cl cl cl cF hcp cF a Zinn A4 b Zinn tl cl cl hcp cF P3 cF 1 cl kubisch raumzentriert cF kubisch flachenzentriert hcp hexagonal dichteste Kugelpackung A4 Diamantstruktur tl tetragonal innenzentriert P3 rhomboedrischChemische EigenschaftenIn Verbindung mit Nichtmetallen treten die Metalle im Allgemeinen als Kationen auf d h die ausseren Elektronen werden vollstandig an die Nichtmetallatome abgegeben und es bildet sich eine Ionenverbindung Salz In einem Ionengitter werden die Ionen nur durch elektrostatische Krafte zusammengehalten Bei Verbindungen mit Ubergangsmetallen und bei grosseren Anionen wie dem Sulfid Ion konnen alle Ubergangsstufen zur Atombindung vorkommen Mit Nichtmetallen wie Wasserstoff Kohlenstoff und Stickstoff werden auch Einlagerungsverbindungen gebildet wobei sich die Nichtmetallatome in Lucken des Metallgitters befinden ohne dieses wesentlich zu verandern Diese Einlagerungsverbindungen behalten die typischen Metalleigenschaften wie die Elektrische Leitfahigkeit Metallkationen v a die der Nebengruppenmetalle bilden mit Basen Wasser Ammoniak Halogeniden Cyaniden u v a Komplexverbindungen deren Stabilitat nicht allein durch die elektrostatische Anziehung erklart werden kann Metalle in hoheren Oxidationsstufen bilden auch Komplexanionen z B C r O 3 2 K O H K 2 C r O 4 H 2 O displaystyle mathrm CrO 3 2 KOH longrightarrow K 2 CrO 4 H 2 O Chromtrioxid lost sich in Kalilauge unter Bildung von Kaliumchromat und Wasser LegierungenMischungen aus einem Metall und einem oder mehreren anderen Elementen die metallisch oder nicht metallisch sein konnen heissen Legierungen wenn diese Mischung die typischen metallischen Eigenschaften aufweist Verformbarkeit elektrische Leitfahigkeit wenn also weiterhin eine metallische Bindung vorliegt Legierungen haben oft vollig andere physikalische und chemische Eigenschaften als die reinen Metalle Vor allem die Harte und die Festigkeit sind teilweise um Grossenordnungen hoher Ebenso kann sich die Korrosionsbestandigkeit deutlich erhohen Der Schmelzpunkt von Legierungen liegt dagegen oft unter dem der reinen Metalle bei einer bestimmten Zusammensetzung wird der tiefste Schmelzpunkt erreicht das Eutektikum Als erste gezielt hergestellte Legierung der Menschheitsgeschichte wurde die Bronze genutzt eine Legierung aus 80 bis 95 Kupfer und 5 bis 20 Zinn Seit langem ist Stahl die am haufigsten verwendete Legierung er ist eine Mischung aus Eisen mit Anteilen von Kohlenstoff und teils von weiteren Elementen Stahllegierung Vorkommen Das Vorkommen einiger Metalle an Land und im Meer im VergleichQuelle Meeresatlas Daten und Fakten uber unseren Umgang mit dem Ozean 2017 5 Der Erdkern besteht zum grossten Teil aus Eisen da es erstens in sehr grossen Mengen vorkommt weil es das kernphysikalisch stabilste Element ist und zweitens aufgrund seiner hohen Dichte In der Erdkruste dagegen uberwiegen die Nichtmetalle relativ haufige Metalle sind Aluminium Eisen Mangan Titan Calcium Magnesium Natrium und Kalium Viele seltene Metalle treten aber in ihren Abbaustatten stark angereichert auf Gesteine die nutzbare Metalle in abbauwurdigen Konzentrationen enthalten werden Erze genannt Zu den wichtigsten Erzen gehoren Oxide Sulfide CarbonateDie Metalle werden aus den jeweiligen Erzen metallurgisch gewonnen Manche Edelmetalle v a Gold kommen auch gediegen d h in reiner Form und nicht als Verbindung Erz oder Mineral vor Verwendung Silbermunze Eichbaum Funf Reichsmark 1927 1933 Kupferdach in Dresden Preise fur MetalleViele Metalle sind wichtige Werkstoffe Die moderne Welt ware ohne Metalle unmoglich Nicht ohne Grund werden Phasen der Menschheitsentwicklung nach den verwendeten Werkstoffen als Steinzeit Bronzezeit Eisenzeit bezeichnet Reine Metalle werden zur Herstellung elektrischer Leitungen genutzt da sie die grosste Leitfahigkeit besitzen Dafur wird vor allem unlegiertes Kupfer und Aluminium und selten auch Gold verwendet Ansonsten werden reine Metalle praktisch nie eingesetzt Die folgende Liste enthalt die wichtigsten Metalle und Legierungsbestandteile keine Verbindungen Aluminium Leichtmetall Aluminiumfolie Behalter Leitermaterial Elektrotechnik Beryllium Legierungen vor allem mit Kupfer und Aluminium Kernwaffen Neutronenreflektor Bismut Legierungen Blei Legierungen Bleiakkumulator Lote Korrosionsschutz Strahlenschutz Gewicht Cadmium Bestandteil von Akkumulatoren Chrom Legierungsbestandteil Chrom Vanadium Stahl Chrom Nickel Stahl Chrom Molybdanstahl Uberzugsmetall Eisen wichtigster metallischer Werkstoff Stahl Gusseisen viele Legierungen Gallium Thermometer Gold Schmuckmetall Blattgold Elektrotechnik Wertanlage Wahrungsabsicherung Indium Indiumdichtung Lote Iridium Elektroden Zundkerzen Kalium legiert mit Natrium als Kuhlmittel in Kernreaktoren Cobalt Magnete Kupfer Elektrotechnik zweithochste Leitfahigkeit nach Silber Bronze Messing Magnesium fur besonders leichte Werkstucke Einweg Blitzbirnen bzw Blitzlichtpulver Mangan Legierungsbestandteil Mangan Stahl Molybdan Legierungsbestandteil Molybdan Stahl zur Erhohung der Warmfestigkeit Natrium legiert mit Kalium als Kuhlmittel in Kernreaktoren Nickel Legierungen Nickel Eisen Nickel Chrom Nickel Kupfer etc Legierungsbestandteil Chrom Nickel Stahl Magnete Osmium fruher in Gluhlampen Palladium Katalyse Wasserstoffspeicherung Schmuck Platin Schmuckmetall Katalyse eines der wertvollsten Metalle Quecksilber Thermometer Kompaktleuchtstofflampen Rhodium Schmuckmetall Ruthenium Katalysator Erhohung des Hartegrades von Platin und Palladium Silber Schmuckmetall Fotografie Tantal Kondensatoren Titan fur Leichtbauweise ohne Rucksicht auf die Kosten Schmuck Uran Kernreaktoren Radioaktivitat Uranmunition Vanadium Legierungsbestandteil Chrom Vanadium Stahl fur warmefeste Stahle Katalysator zur Synthese von Schwefelsaure Vanadium V oxid Wolfram Gluhlampen hochster Schmelzpunkt aller Metalle Spezialstahle Kugelschreiberminen Kugeln Zink Legierungsbestandteil Messing Zinkdruckgussteile Zamak Legierung Verzinken von Stahlteilen Feuerverzinken Galvanisches Verzinken Zinn Legierungsbestandteil Bronze Lote Lotzinn Weissblech Zinnfiguren Zirconium Hulle fur Brennstabe in KernreaktorenMetall in der AstrophysikIn der Astrophysik ist Metall anders definiert siehe dazu Metallizitat hier bezeichnet es jedes chemische Element oberhalb einer bestimmten Ordnungszahl meist hoher als Helium Das sind alle durch Kernfusion in Sternen oder durch Supernovae entstandenen Elemente wogegen Wasserstoff und Helium zusammen mit einigen Spuren von Lithium als durch den Urknall entstanden gedacht werden Die Metallizitat eines Sterns hangt mit seinem Entstehungszeitpunkt zusammen siehe Population Es wird angenommen dass Wasserstoff im Inneren von hinreichend schweren Gasplaneten in den metallischen Zustand im Sinne der chemischen Metalldefinition ubergehen kann dieser metallische Wasserstoff ist wahrscheinlich auch fur das extrem starke Magnetfeld des Jupiter verantwortlich Metallischer Wasserstoff tragt aber nicht zur astrophysikalischen Metallizitat des Objekts bei in dem er vorkommt Metall in der Chinesischen PhilosophieMetall bezeichnet hier ein Element der traditionellen Funf Elemente Lehre HeraldikAls Metalle werden in der Heraldik die Tinkturen Wappenfarben Gold und Silber bezeichnet Bei Wappenmalereien wird als Ersatz fur Gold die Farbe Gelb und als Ersatz fur Silber die Farbe Weiss verwendet Siehe auchFestkorper Ikora Verfahren zur farblichen Veranderung zwecks DekorationLiteraturZur Geschichte der MetalleKarl Otto Henseling Bronze Eisen Stahl Bedeutung der Metalle in der Geschichte Rororo rororo Sachbuch 7706 Kulturgeschichte der Naturwissenschaften und der Technik Bd 6 Rowohlt Reinbek bei Hamburg 1981 ISBN 3 499 17706 4 Franz Zippe Geschichte der Metalle Wien 1857 Neudruck Wiesbaden 1967 Adelbert Rossing Geschichte der Metalle Berlin 1901 Zu den MetallenErhard Hornbogen Hans Warlimont Metalle Struktur und Eigenschaften der Metalle und Legierungen Springer 6 Auflage 2016 ISBN 978 3 662 47952 0 Wolfgang Glockner Walter Jansen Rudolf Georg Weissenhorn Hrsg Handbuch der experimentellen Chemie Sekundarbereich II Band 5 Chemie der Gebrauchsmetalle Aulis Verlag Deubner Koln 2003 ISBN 3 7614 2384 5 Zur MetallkorrosionW Todt Messung und Verhutung der Metallkorrosion Walter de Gruyter amp Co Berlin 1941 Reihe Arbeitsmethoden der modernen Naturwissenschaften Weblinks Wiktionary Metall Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen Commons Metalle Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien 1 2 Vorlage Toter Link www physik rwth aachen de Animationen der Atome von Metallen und Nichtmetallen Seite nicht mehr abrufbar Suche in Webarchiven Einzelnachweise Uwe Kreibig Wann ist Gold ein Metall In Physik Journal Bd 1 Nr 1 2002 ISSN 1617 9439 S 20 21 online PDF 461 kB Memento des Originals vom 14 Mai 2014 im Internet Archive Info Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht gepruft Bitte prufe Original und Archivlink gemass Anleitung und entferne dann diesen Hinweis 1 2 Vorlage Webachiv IABot www pro physik de Burkhard Fricke 1975 Superheavy elements a prediction of their chemical and physical properties Rompp Lexikon Chemie 9 Auflage Band 4 Seite 2709 a b c P Haussinger R Glatthaar W Rhode H Kick C Benkmann J Weber H J Wunschel V Stenke E Leicht H Stenger Noble Gases In Ullmann s Encyclopedia of Industrial Chemistry Wiley VCH Weinheim 2006 doi 10 1002 14356007 a17 485 Meeresatlas Daten und Fakten uber unseren Umgang mit dem Ozean dort S 34Elementkategorien im Periodensystem Alkalimetalle Erdalkalimetalle Halogene Edelgase Lanthanoide Actinoide Ubergangsmetalle Metalle Halbmetalle Nichtmetalle Normdaten Sachbegriff GND 4038860 8 lobid OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Metalle amp oldid 235323387