Haupt >> Allgemeine Chemie >> Metall

Metall

  Roheisenarbeiten vom Schmied   Vergrößern Roheisenarbeiten vom Schmied

In Chemie, a Metall (Griechisch: Metallon ) ist ein Element das leicht positive Ionen (Kationen) bildet und metallische Bindungen hat. Metalle werden manchmal als Gitter positiver Ionen beschrieben, die von einer Wolke delokalisierter Ionen umgeben sind Elektronen . Die Metalle bilden zusammen mit den Metalloiden und den Nichtmetallen eine der drei Gruppen von Elementen, die sich durch ihre Ionisations- und Bindungseigenschaften unterscheiden. Auf dem Periodensystem wird eine Diagonale von gezeichnet Bor (B) zu Polonium (Po) trennt die Metalle von den Nichtmetallen. Elemente auf dieser Linie sind Halbmetalle, manchmal auch Halbmetalle genannt; Elemente unten links sind Metalle; Elemente oben rechts sind Nichtmetalle.

Eine moderne Definition von Metallen ist, dass sie in ihrer elektronischen Struktur überlappende Leitungsbänder und Valenzbänder haben. Diese Definition eröffnet die Kategorie für metallische Polymere und andere organische Metalle, die von Forschern hergestellt und in Hightech-Geräten eingesetzt wurden. Diese Kunststoffe haben oft die charakteristische silbrig-graue Reflektivität elementarer Metalle.

Die traditionelle Definition konzentriert sich auf die Masseneigenschaften von Metallen. Sie neigen dazu, glänzend, duktil, formbar und gute elektrische Leiter zu sein, während Nichtmetalle im Allgemeinen spröde sind (für feste Nichtmetalle), glanzlos und Isolatoren sind.



Auftreten

Nichtmetallische Elemente sind auf der Erde häufiger als metallische Elemente, aber Metalle machen tatsächlich den größten Teil des Periodensystems aus. Einige beliebte Metalle sind Aluminium , Kupfer , Gold , Eisen , führen , Silber- , Titan , Uran und Zink .

Chemische Eigenschaften

Die meisten Metalle sind chemisch instabil und reagieren mit Luftsauerstoff über unterschiedliche Zeiträume zu Oxiden (z. B. rostet Eisen über Jahre und Kalium brennt in Sekunden). Die Alkalimetalle reagieren am schnellsten, gefolgt von den Erdalkalimetallen, die in den beiden Gruppen ganz links zu finden sind Periodensystem . Die Übergangsmetalle brauchen viel länger, um zu oxidieren (wie z Eisen , Kupfer , Zink , Nickel ). Andere mögen Palladium , Platin und Gold , überhaupt nicht mit der Atmosphäre reagieren. Manche Metalle bilden auf ihrer Oberfläche eine Sperrschicht aus Oxid, die von weiteren Sauerstoffmolekülen nicht durchdrungen werden kann und behalten so ihr glänzendes Aussehen und ihre gute Leitfähigkeit über viele Jahrzehnte (z Aluminium , etwas Stähle , und Titan ). Die Oxide von Metallen sind basisch (im Gegensatz zu denen von Nichtmetallen, die sauer sind), obwohl dies eher als Faustregel denn als absolute Bedingung angesehen werden kann.

Malerei oder Eloxieren von Metallen sind gute Möglichkeiten, dies zu verhindern Korrosion . Für die Beschichtung muss jedoch ein reaktiveres Metall in der elektrochemischen Spannungsreihe gewählt werden, insbesondere wenn ein Abplatzen der Beschichtung zu erwarten ist. Wasser und die beiden Metalle bilden eine elektrochemische Zelle, und wenn die Beschichtung weniger reaktiv ist als der Beschichtete, ist die Beschichtung tatsächlich fördert Korrosion.

Physikalische Eigenschaften

Traditionell haben Metalle bestimmte charakteristische physikalische Eigenschaften: Sie sind normalerweise glänzend (sie haben 'Glanz'), haben eine hohe Dichte, sind duktil und formbar, haben normalerweise einen hohen Schmelzpunkt, sind normalerweise hart und leitend Elektrizität und Wärme Gut. Dies liegt jedoch hauptsächlich daran, dass die weichen Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt und niedriger Dichte reaktiv sind und wir sie selten in ihrer elementaren, metallischen Form antreffen. Metalle leiten Schall gut, das heißt, sie sind klangvoll.

Die elektrische und thermische Leitfähigkeit von Metallen rührt daher, dass in der metallischen Bindung die äußeren Elektronen der Metallatome ein Gas aus nahezu freien Elektronen bilden, die sich als Elektronengas in einem von den Ionenkernen gebildeten positiv geladenen Hintergrund bewegen. Gute mathematische Vorhersagen für die elektrische Leitfähigkeit sowie den Beitrag der Elektronen zur Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit von Metallen können aus dem Modell freier Elektronen berechnet werden, das die detaillierte Struktur des Ionengitters nicht berücksichtigt.

Bei der Betrachtung der genauen Bandstruktur und Bindungsenergie eines Metalls ist es notwendig, das positive Potential zu berücksichtigen, das durch die spezifische Anordnung der Ionenkerne verursacht wird - was periodisch ist Kristalle . Die wichtigste Folge des periodischen Potentials ist die Bildung einer kleinen Bandlücke an der Grenze der Brillouin-Zone. Mathematisch wird das Potential der Ionenkerne im Fast-Freie-Elektronen-Modell behandelt.

Legierungen

Eine Legierung ist eine Mischung aus zwei oder mehr Elementen in fester Lösung, deren Hauptbestandteil ein Metall ist. Die meisten reinen Metalle sind für den praktischen Einsatz entweder zu weich, spröde oder chemisch reaktiv. Das Kombinieren unterschiedlicher Verhältnisse von Metallen als Legierungen modifiziert die Eigenschaften von reinen Metallen, um wünschenswerte Eigenschaften zu erzeugen. Das Ziel bei der Herstellung von Legierungen besteht darin, sie weniger spröde, härter und korrosionsbeständig zu machen oder eine wünschenswertere Farbe und Glanz zu haben. Beispiele für Legierungen sind Stahl ( Eisen und Kohlenstoff ), Messing (Kupfer und Zink), Bronze ( Kupfer und Zinn) und Duraluminium (Aluminium und Kupfer). Legierungen, die speziell für sehr anspruchsvolle Anwendungen entwickelt wurden, wie z Strahltriebwerke , kann mehr als zehn Elemente enthalten.

Unedles Metall

Im Chemie , der Begriff unedles Metall wird informell verwendet, um sich auf ein Metall zu beziehen, das oxidiert oder korrodiert relativ leicht und reagiert variabel mit Verdünnung Salzsäure (HCl) zu bilden Wasserstoff . Beispiele beinhalten Eisen , Nickel , führen und Zink . Kupfer gilt als unedles Metall, da es relativ leicht oxidiert, obwohl es nicht mit HCl reagiert. Es wird häufig im Gegensatz zu Edelmetall verwendet.

Im Alchimie , a unedles Metall war ein gewöhnliches und billiges Metall, hauptsächlich im Gegensatz zu Edelmetallen Gold und Silber- . Ein langjähriges Ziel der Alchemisten war die Umwandlung unedler Metalle in Edelmetalle.

Im Numismatik , Münzen leiteten ihren Wert früher hauptsächlich aus dem Edelmetallgehalt ab. Die meisten modernen Währungen sind Fiat-Währungen, aus denen die Münzen hergestellt werden können unedles Metall .

Edelmetall

  Ein Goldnugget   Vergrößern EIN Gold Klumpen

EIN Edelmetall ist eine Seltenheit metallisch Chemisches Element von hohem wirtschaftlichen Wert.

Edelmetalle sind chemisch weniger reaktiv als die meisten Elemente, haben einen hohen Glanz und eine hohe elektrische Leitfähigkeit. Historisch gesehen waren Edelmetalle wichtig als Währung , gelten heute aber vor allem als Anlage- und Industrierohstoffe. Gold , Silber- , Platin und Palladium haben jeweils einen Währungscode nach ISO 4217.

Die bekanntesten Edelmetalle sind Gold und Silber. Während beide industrielle Anwendungen haben, sind sie besser bekannt für ihre Verwendung in Kunst , Schmuck u Prägung . Andere Edelmetalle umfassen die Metalle der Platingruppe: Ruthenium , Rhodium , Palladium , Osmium , Iridium , und Platin , von denen Platin am häufigsten gehandelt wird. Plutonium und Uran können auch als Edelmetalle angesehen werden.

Die Nachfrage nach Edelmetallen wird nicht nur von ihrer praktischen Verwendung, sondern auch von ihrer Rolle als Anlage und Wertaufbewahrungsmittel getrieben. Palladium wurde im Sommer 2006 mit etwas weniger als der Hälfte des Goldpreises und Platin mit etwa dem Doppelten von Gold bewertet. Silber ist wesentlich billiger als diese Metalle, wird aber aufgrund seiner Rolle in Münzen und Schmuck traditionell oft als Edelmetall angesehen.

Astronomie

In der speziellen Verwendung von Astronomie und Astrophysik wird der Begriff 'Metall' oft verwendet, um sich auf jedes andere Element als zu beziehen Wasserstoff oder Helium , und umfasst Substanzen, die chemisch nichtmetallisch sind wie Neon- , Fluor , und Sauerstoff . Da die Temperaturen von Sternkörpern praktisch keine feste oder flüssige Materie zulassen und bei Temperaturen, die fast alle chemischen Bindungen auflösen, nur wenig normale Chemie existieren kann, bezieht sich der Begriff 'Metall' auf Materialien, die aus dem Tripel-Helium-Prozess resultieren und viel seltener sind als Wasserstoff und Helium in Sternen der Hauptreihe.

Siehe Metallizität.